2018-01-24 Python閉包的概念

作用域

作用域是程序運(yùn)行時變量可被訪問的范圍想许,定義在函數(shù)內(nèi)的變量是局部變量泼差,局部變量的作用范圍只能是函數(shù)內(nèi)部范圍內(nèi)椭盏,它不能在函數(shù)外引用。

定義在模塊最外層的變量是全局變量峻呕,它是全局范圍內(nèi)可見的利职,當(dāng)然在函數(shù)里面也可以讀取到全局變量的。例如:

num = 10 # 全局作用域變量
def foo():
print(num) # 10
而在函數(shù)外部則不可以訪問局部變量瘦癌。例如:

def foo():
num = 10
print(num) # NameError: name 'num' is not defined
嵌套函數(shù)

函數(shù)不僅可以定義在模塊的最外層猪贪,還可以定義在另外一個函數(shù)的內(nèi)部,像這種定義在函數(shù)里面的函數(shù)稱之為嵌套函數(shù)(nested function)例如:

def print_msg():
# print_msg 是外圍函數(shù)
msg = "zen of python"

def printer():
    # printer是嵌套函數(shù)
    print(msg)
printer()

輸出 zen of python

print_msg()
對于嵌套函數(shù)佩憾,它可以訪問到其外層作用域中聲明的非局部(non-local)變量哮伟,比如代碼示例中的變量 msg 可以被嵌套函數(shù) printer 正常訪問。

那么有沒有一種可能即使脫離了函數(shù)本身的作用范圍妄帘,局部變量還可以被訪問得到呢楞黄?答案是閉包

什么是閉包

函數(shù)身為第一類對象,它可以作為函數(shù)的返回值返回抡驼,現(xiàn)在我們來考慮如下的例子:

def print_msg():
# print_msg 是外圍函數(shù)
msg = "zen of python"
def printer():
# printer 是嵌套函數(shù)
print(msg)
return printer

another = print_msg()

輸出 zen of python

another()
這段代碼和前面例子的效果完全一樣鬼廓,同樣輸出 "zen of python"。不同的地方在于內(nèi)部函數(shù) printer 直接作為返回值返回了致盟。

一般情況下碎税,函數(shù)中的局部變量僅在函數(shù)的執(zhí)行期間可用,一旦 print_msg() 執(zhí)行過后馏锡,我們會認(rèn)為 msg變量將不再可用雷蹂。然而,在這里我們發(fā)現(xiàn) print_msg 執(zhí)行完之后杯道,在調(diào)用 another 的時候 msg 變量的值正常輸出了匪煌,這就是閉包的作用,閉包使得局部變量在函數(shù)外被訪問成為可能。

看完這個例子萎庭,我們再來定義閉包霜医,維基百科上的解釋是:

在計算機(jī)科學(xué)中,閉包(Closure)是詞法閉包(Lexical Closure)的簡稱驳规,是引用了自由變量的函數(shù)肴敛。這個被引用的自由變量將和這個函數(shù)一同存在,即使已經(jīng)離開了創(chuàng)造它的環(huán)境也不例外吗购。所以医男,有另一種說法認(rèn)為閉包是由函數(shù)和與其相關(guān)的引用環(huán)境組合而成的實(shí)體。

這里的 another 就是一個閉包捻勉,閉包本質(zhì)上是一個函數(shù)昨登,它有兩部分組成,printer 函數(shù)和變量 msg贯底。閉包使得這些變量的值始終保存在內(nèi)存中。

閉包撒强,顧名思義禽捆,就是一個封閉的包裹,里面包裹著自由變量飘哨,就像在類里面定義的屬性值一樣胚想,自由變量的可見范圍隨同包裹,哪里可以訪問到這個包裹芽隆,哪里就可以訪問到這個自由變量浊服。

為什么要使用閉包

閉包避免了使用全局變量,此外胚吁,閉包允許將函數(shù)與其所操作的某些數(shù)據(jù)(環(huán)境)關(guān)連起來牙躺。這一點(diǎn)與面向?qū)ο缶幊淌欠浅n愃频模诿鎸ο缶幊讨型蠓觯瑢ο笤试S我們將某些數(shù)據(jù)(對象的屬性)與一個或者多個方法相關(guān)聯(lián)孽拷。

一般來說,當(dāng)對象中只有一個方法時半抱,這時使用閉包是更好的選擇脓恕。來看一個例子:

def adder(x):
def wrapper(y):
return x + y
return wrapper

adder5 = adder(5)

輸出 15

adder5(10)

輸出 11

adder5(6)
這比用類來實(shí)現(xiàn)更優(yōu)雅,此外裝飾器也是基于閉包的一中應(yīng)用場景窿侈。

所有函數(shù)都有一個 closure屬性炼幔,如果這個函數(shù)是一個閉包的話,那么它返回的是一個由 cell 對象 組成的元組對象史简。cell 對象的cell_contents 屬性就是閉包中的自由變量乃秀。

adder.closure
adder5.closure
(<cell at 0x103075910: int object at 0x7fd251604518>,)
adder5.closure[0].cell_contents
5
這解釋了為什么局部變量脫離函數(shù)之后,還可以在函數(shù)之外被訪問的原因的,因?yàn)樗鎯υ诹碎]包的 cell_contents中了环形。

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