闭包 (closure) 是函数式编程中的一个概念，Python虽然不是纯粹的是函数式编程语言，但它仍然具有函数式编程的一些特性。在以前的文章Python笔记：Python装饰器中介绍的装饰器其实就使用了闭包，本文来介绍一下Python中的闭包。
嵌套函数和变量作用域
介绍闭包之前，先理解什么是嵌套函数和变量作用域。
嵌套函数
函数嵌套就是在一个函数内部又定义函数:
def TestFunc(val1):
val = val1
def innerFunc():
print(val)
innerFunc()
if __name__ == '__main__':
TestFunc('Hello world')
在TestFunc()内部又定义了innerFunc()函数，函数的嵌套主要两个方面的作用。
- 函数的嵌套能够保证内部函数的隐私，内部函数只能在外部函数作用域内访问。
- 合理的使用函数嵌套，能够提高程序的运行效率。
局部变量和全局变量
在函数内部定义的变量称为局部变量，只在函数内部有效。一旦函数执行完毕，局部变量就会被回收。全局变量是定义在函数外的变量，作用域范围为全局，函数内部和外部都可以访问它。
一般情况下，不能在函数内部改变全局变量的值。如果想要在函数内部改变全局变量的值，需要加上 global 关键字：
VALUE1 = 666
def TestFunc2():
global VALUE1
VALUE1 = VALUE1 + 1
print(VALUE1)
TestFunc2()
print(VALUE1)
执行结果：
667
667
如果函数内部局部变量和全局变量同名，那么在函数内部，局部变量会覆盖全局变量：
VALUE1 = 666
def TestFunc3():
VALUE1 = 2
print(VALUE1)
TestFunc3()
print(VALUE1)
执行结果：
2
666
嵌套函数的变量作用域
类似的，对于嵌套函数，内部函数可以访问外部函数定义的变量，但是无法修改，如果要修改，需要加上 nonlocal 关键字：
def TestFunc():
val = 1
def innerFunc():
nonlocal val
val = 2
print("inner:",val)
innerFunc()
print("outer:", val)
TestFunc()
执行结果：
inner: 2
outer: 2
同样，如果内部函数的变量和外部函数变量同名，内部函数变量会覆盖外部函数的变量。
闭包
闭包和嵌套函数类似，不同之处在于外部函数返回的是一个函数，而不是一个具体的值。下面用闭包实现计算一个数的 n 次幂：
def nth_power(exponent):
def exponent_of(base):
return base ** exponent
return exponent_of
square = nth_power(2) # 平方
cube = nth_power(3) # 立方
print(square)
print(cube)
print(square(2)) # 2的平方
print(cube(2)) # 2的立方
执行结果：
<function nth_power.<locals>.exponent_of at 0x000001E9629C04C8>
<function nth_power.<locals>.exponent_of at 0x000001E9629C0708>
4
8
外部函数 nth_power() 返回的是函数 exponent_of()函数，闭包是一个函数对象，它记住了封闭作用域中的值，也就是记住了外部函数 nth_power() 的参数 exponent。
函数exponent_of()的作用域只在nth_power()内部，通过使用闭包，扩展了它的作用域，使能够在其作用域之外调用内部函数。即使函数本身从当前命名空间中删除，闭包作用域中的这个值也会被记住：
def nth_power(exponent):
def exponent_of(base):
return base ** exponent
return exponent_of
square = nth_power(2) # 平方
print(square(2)) # 2的平方
del nth_power
print(square(3)) # 3的平方
执行结果：
4
9
闭包函数对象有一个__closure__属性，返回cell 对象的元组，而cell 对象中保存闭包的变量（例子中的exponent值）：
print(square)
print(cube)
print(square.__closure__)
print(square.__closure__[0].cell_contents)
print(cube.__closure__[0].cell_contents)
执行结果：
<function nth_power.<locals>.exponent_of at 0x000001DC127D04C8>
<function nth_power.<locals>.exponent_of at 0x000001DC127D0708>
(<cell at 0x000001DC124401F8: int object at 0x00007FFFA7FAA1B0>,)
2
3
总结
和嵌套函数返回一个值不同，闭包返回的是一个函数对象。闭包和嵌套函数的优点是可以让程序变得更简洁易读。python装饰器（decorator）中也使用闭包，可参考：Python笔记：Python装饰器。
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