Flaskのデコレータの仕組みが分からない

前提・実現したいこと

初歩的な質問かもしれませんがすみません。
Flaskのような、デコレータを使って簡単にプログラムを作成できるようなプログラム（ライブラリ）を作りたいです。
デコレータでラップされた関数を同じファイルから直接実行することなく、別ファイルのライブラリのほうから実行できるようにするということです。

発生している問題・エラーメッセージ

python
1# coding: utf-8
2from flask import Flask, render_template
3
4app = Flask(__name__)
5
6@app.route("/")
7def index():
8    return render_template("index.html")
9
10if __name__ == "__main__":
11    # webサーバー立ち上げ
12    app.run(debug=False, host='0.0.0.0', port=80)

app.routeでラップされたindex関数を実行したわけではないのに、何故app.runだけで実行できてしまうのかがわかりません。indexはどこから呼び出されているのでしょうか。

試したこと

Flaskのコードを直接見てみましたが、ほとんどわかりませんでした。
こちらの記事を見つけ、見てみましたが、

デコレーターが設定された関数が実行され。そこでreturnされた値が表示される。

とだけしか書いておらず、どのような仕組みで実行されているのかはよくわかりませんでした。

初歩的な質問かもしれませんが、ご教授いただければ幸いです。

ikapy

2021/09/08 10:38

デコレーターは、まったく初歩的ではありませんよ。僕もよくわかっていないです。デコレーターの基礎：Python入門（）（https://atmarkit.itmedia.co.jp/ait/articles/1911/26/news018.html）を何度も熟読してみたらいかがでしょう。

GOU_KUN

2021/09/08 10:52

返信ありがとうございます。ご提示いただいた記事を読んでみたのですが、やはりどのように関数が実行されるかはわからないままでした。自分でももっと調べたいと思います。

行動規範の内容に同意します

回答3件

ベストアンサー

まず関数が"オブジェクト"であることが分かっている必要があります。

１．関数名は、def文を実行した名前空間に束縛されている名前（=いわゆる変数）である
２．なので関数名を評価すると関数オブジェクトになる
３．関数オブジェクトは（オブジェクトなので）データ構造で取り扱える
４．関数オブジェクトに続けて括弧と引数(...)で呼びだせる

の理解がまず必要です。

python
1def func1():
2    print("done func1")
3
4def func2():
5    print("done func2")
6
7funcs = [func1, func1, func2]
8for f in funcs:
9    f()

結果

plain
1done func1
2done func1
3done func2

次が

５．関数はオブジェクトなので関数を返す関数が書ける
６．関数はオブジェクトなので関数に関数を渡せる

の理解です。

python
1def create_func(arg_outer):
2    def func(arg_inner):
3        print(f'「{arg_outer}を引数にして呼んだcreate_funcが作った関数」を{arg_inner}を引数にして呼んだ')
4    return func
5
6f1 = create_func('あれ')
7f1('それ')
8
9def do_twice(f):
10    """関数オブジェクトを受け取って2回、別の引数で呼び出す"""
11    f('1回目')
12    f('2回目')
13
14f2 = create_func('例えばこれ') 
15do_twice(f2)

実行結果

plain
1「あれを引数にして呼んだcreate_funcが作った関数」をそれを引数にして呼んだ
2「例えばこれを引数にして呼んだcreate_funcが作った関数」を1回目を引数にして呼んだ
3「例えばこれを引数にして呼んだcreate_funcが作った関数」を2回目を引数にして呼んだ

デコレータは５．と６．の複合による使い方で、Flaskのような仕組みは３．と４．によるものです。
この2つにはすごくギャップがありますが、かんたんにグローバル変数を使った構造で組み立てるとこんな感じになります。

python
1path_to_function_dict = {}
2
3
4def route(path):
5    def decorator(f):
6        path_to_function_dict[path] = f
7        return f
8
9    return decorator
10
11
12def call_some_function(path, *args, **kwargs):
13    if path in path_to_function_dict:
14        return path_to_function_dict[path](*args, **kwargs)
15
16    raise RuntimeError
17
18
19@route('/index')
20def index():
21    print(f'indexを呼び出したよ')
22
23
24@route('/do')
25def do(s):
26    print(f'{s}を引数にdoを呼び出したよ')
27
28
29# ここから下ではindexやdoという関数名を使うことなく呼び出せる
30
31
32call_some_function('/index')
33call_some_function('/do', s='例えばこんな値')

実行結果

plain
1indexを呼び出したよ
2例えばこんな値を引数にdoを呼び出したよ

このどこかに、?? となっている箇所があるのだと思いますが、それがどのあたりなのかは分かりません。

(追記)

https://docs.python.org/ja/3/reference/compound_stmts.html#index-20

@f1(arg)
@f2
def func(): pass

は、だいたい次と等価です

def func(): pass
func = f1(arg)(f2(func))

とあります。つまり、

@route('/index')
def index():
    print(f'indexを呼び出したよ')

と

def index():
    print(f'indexを呼び出したよ')
index = route('/index')(index)

がだいたい等価なのです。
routeを引数付きで呼び出す方が先に実行されるのです。

投稿2021/09/08 12:56

編集2021/09/08 15:33

quickquip

総合スコア11038

GOU_KUN

2021/09/08 13:45

なるほど！わざわざご丁寧に詳しく説明してくださりありがとうございます！ベストアンサーにさせて頂きたいのですが、「？？」となっている所があるので質問してもいいですか？一番最後のところなのですが、「route関数は実行されているのか」ということです。関数は定義しただけでは実行されないので、この状態だとpath_to_function_dictは空なのではないか、と思ったんです。ラップすると実行されるんですかね？（？？）公式ドキュメントの読み方もよく分かっておらず、知識不足ですみません……

GOU_KUN

2021/09/08 21:38

わかりやすく追記してくださりありがとうございます。わざわざ時間を割いて丁寧に回答していただきとても助かりました！具体的なわかりやすいコードをご提示頂いたため、ベストアンサーにさせてもらいました。 ppaulさんやTakaiYさん、コメントをくださったikapyさんも、回答してくださり、本当にありがとうございました！

行動規範の内容に同意します

質問読んで気になって調べたので、いちおう書いておきます。

Flaskのソースで、「@app.route()」を定義しているのは以下の場所です。

appはFlaskのインスタンスです。

app = Flask(name)

FlaskクラスはScaffoldクラスを継承しています。

class Flask(Scaffold):

Scaffoldクラスにroute関数が定義されていて、これがデコレータです。

def route(self, rule: str, **options: t.Any) -> t.Callable:

routeの実装の中で、登録する関数が呼ばれています。

self.add_url_rule(rule, endpoint, f, **options)

Scaffoldのadd_url_rule関数は仮想メソッドなので、実体はFlaskクラスに実装になります。

@setupmethod

def add_url_rule(
    self,
    rule: str,
    endpoint: t.Optional[str] = None,
    view_func: t.Optional[t.Callable] = None,
    provide_automatic_options: t.Optional[bool] = None,
    **options: t.Any,
) -> None:

ここでindex関数が、ppaulさんの言うように、ルートの処理呼び出しテーブルに登録されます。

この先はこんな風に処理を追いかけていけばOKです。

まあ、まったく初歩的なことではないので、どのような仕組みで実現されているかの理解も、それを応用した処理を作るのもかなり大変だと思いますが、頑張ってください。

投稿2021/09/08 13:15