Python函数调用跟踪装饰器教程

什么是装饰器？

装饰器是Python中一种强大的语法特性，允许在不修改原始函数代码的情况下，动态地扩展函数的功能。它们本质上是一个接收函数作为参数并返回新函数的可调用对象。

装饰器常用于添加日志记录、性能测试、事务处理、权限校验等功能，是Python高级编程的重要概念。

函数调用跟踪的应用场景

调试复杂程序的执行流程
监控函数执行时间，优化性能
记录函数调用参数和返回值
分析函数调用频率和依赖关系
追踪异常发生的位置

基础函数跟踪装饰器

下面是一个简单的函数调用跟踪装饰器实现，可以记录函数名称、执行时间和返回值：

import time
import functools

def trace(func):
    """基础函数跟踪装饰器"""
    @functools.wraps(func)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        # 记录开始时间
        start_time = time.perf_counter()
        
        # 执行函数
        result = func(*args, **kwargs)
        
        # 计算执行时间
        end_time = time.perf_counter()
        duration = end_time - start_time
        
        # 打印跟踪信息
        print(f"函数 {func.__name__} 被调用")
        print(f"参数: args={args}, kwargs={kwargs}")
        print(f"返回值: {result}")
        print(f"执行时间: {duration:.6f} 秒")
        print("-" * 50)
        
        return result
    return wrapper

# 使用装饰器
@trace
def calculate_sum(n):
    """计算1到n的和"""
    return sum(range(1, n+1))

# 测试
calculate_sum(1000)

带参数的跟踪装饰器

我们可以创建更灵活的装饰器，通过参数控制跟踪的详细程度：

def trace_args(level=1):
    """带参数的高级跟踪装饰器"""
    def decorator(func):
        @functools.wraps(func)
        def wrapper(*args, **kwargs):
            # 记录开始时间
            start_time = time.perf_counter()
            
            # 执行函数
            result = func(*args, **kwargs)
            
            # 计算执行时间
            end_time = time.perf_counter()
            duration = end_time - start_time
            
            # 根据level打印不同详细程度的信息
            if level >= 1:
                print(f"函数 {func.__name__} 被调用")
                print(f"执行时间: {duration:.6f} 秒")
            
            if level >= 2:
                print(f"参数: args={args}, kwargs={kwargs}")
            
            if level >= 3:
                print(f"返回值: {result}")
            
            if level >= 1:
                print("-" * 50)
            
            return result
        return wrapper
    return decorator

# 使用带参数的装饰器
@trace_args(level=2)
def factorial(n):
    """计算阶乘"""
    if n <= 1:
        return 1
    return n * factorial(n-1)

# 测试递归函数
factorial(5)