Python: functools 库高级用法举例和应用详解

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Python: functools库高级用法举例和应用详解

模块介绍

functools 是 Python 标准库中的一个模块，它提供了一组高效、灵活的函数工具，主要用于高阶函数（即接受其他函数作为参数或返回其他函数的函数）。此模块非常有助于函数的优化和更高级的函数编程技巧。该模块适用于 Python 3.2 及以上版本。

应用场景

functools 模块主要用于以下应用场景：

  1. 缓存机制：使用 @lru_cache 装饰器，自动缓存函数的返回结果，提高代码执行效率。
  2. 偏函数应用：通过 partial 函数创建新的函数，允许固定某些参数的值，简化函数调用。
  3. 函数包裹：利用 update_wrapper 装饰器确保装饰器函数保留被装饰函数的元数据。

安装说明

functools 是 Python 内置的标准库，无需额外安装。只需在代码中导入即可使用：

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import functools

用法举例

示例 1：使用 @lru_cache 实现函数缓存

在数据处理和算法中，有时候同一个函数会被多次调用，通过 @lru_cache 装饰器可以缓存函数的结果，避免重复计算。

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import functools  # 导入functools模块

@functools.lru_cache(maxsize=128)  # 使用lru_cache装饰器
def factorial(n):  # 定义计算阶乘的函数
    """计算n的阶乘"""
    if n == 0:
        return 1
    return n * factorial(n-1)

# 计算6的阶乘，首次执行
print(factorial(6))  # 输出720
# 计算6的阶乘，再次执行，结果来自缓存
print(factorial(6))  # 输出720

示例 2：使用 partial 创建偏函数

有时候需要复用一个函数，但希望某些参数值固定，通过 partial 可以创建新的函数。

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import functools  # 导入functools模块

def power(base, exp):  # 定义一个求幂函数
    """计算base的exp次方"""
    return base ** exp

# 创建一个偏函数，其中exp参数固定为2，即平方函数
square = functools.partial(power, exp=2)

# 使用新函数计算数值的平方
print(square(3))  # 输出9
print(square(4))  # 输出16

示例 3：使用 update_wrapper 保留函数元数据

在使用自定义装饰器时，原函数的元信息会丢失，update_wrapper 能确保装饰器保留原函数的元数据。

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import functools  # 导入functools模块

def my_decorator(f):  # 定义一个自定义装饰器
    @functools.wraps(f)  # 使用wraps确保元数据不丢失
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print("Function is being called")
        return f(*args, **kwargs)
    return wrapper

@my_decorator  # 使用自定义装饰器装饰函数
def say_hello():
    """这是一个简单的问候函数"""
    print("Hello, World!")

# 调用被装饰的函数
say_hello()  # 输出"Function is being called"和"Hello, World!"

# 检查元数据是否保留
print(say_hello.__name__)  # 输出say_hello
print(say_hello.__doc__)   # 输出这是一个简单的问候函数

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