python中的闭包函数

闭包函数初探

通常我们定义函数都是这样定义的

def foo():
    pass

其实在函数式编程中，函数里面还可以嵌套函数，如下面这样

def foo():
    print("hello world in foo")
    
    def bar():
        print("hello world in bar")

此时我们调用foo函数，执行结果会是什么样子的呢？？

hello world in foo

结果如上所示，只会执行foo函数的第一层函数，bar函数是不会被执行的。为什么呢

实际上来说，不管函数写在哪个部分，那都只是定义了一个函数，只有这个函数被调用，函数内部的语句才会被执行

在上面的例子中，bar函数虽然在foo函数内部定义了，但是并没有被执行，所以bar函数是不会被执行的

这样说来，定义在一个函数内部的函数就没什么作用了吗？？其实不是这样的。

来看下面的例子，把bar函数作为一个值返回给foo函数，来看执行过程

def foo():
    print("hello world in foo")
    
    def bar():
        print("hello world in bar")
    return bar

f1=foo()
print(f1)

此时，由于bar函数作为一个返回值被返回给了foo，所以foo函数执行结果是有返回值的

此时定义一个变量f1来接收foo函数的执行返回结果，然后打印f1

返回的结果如下

hello world in foo
<function foo.<locals>.bar at 0x0000000002941A60>

可以看到首先打印了foo函数中定义的一个print语句，接着打印的是foo函数中包含的bar函数的内存地址

既然是一个函数的内存地址，当然可以加括号来执行这个函数

def foo():
    print("hello world in foo")
    def bar():
        print("hello world in bar")
    return bar

f1=foo()
f1()

此时，这段代码的执行结果为：

hello world in foo
hello world in bar

两个print语句都被打印出来了。

在上面的例子里，首先定义了一个函数foo,接着在foo函数内部又嵌套定义了一个函数bar,然后返回函数bar的函数名，这就是闭包函数的定义方式。

其实，闭包的定义就是一个函数内部又嵌套了一个函数

来看下面的这段代码

    def foo():
        print("hello world in foo")
        name="python"
        def bar():
            print(name)
            print("hello world in bar")
        return bar
    
    f1=foo()
    f1()

在上面的例子里，在外层函数中定义了一个变量name，然后在内层函数中打印这个变量name

此时执行上面的代码，在打印name这个变量的时候，会先在bar函数内部查找name这个变量，但是bar函数里面是没有name这个变量的,

此时根据python查找变量的LEGB法则，会到bar函数的外面一层去继续查找name这个变量，此时可以找到name这个变量

所以这里打印的foo函数中定义的name的值

执行上面的代码，打印结果如下

hello world in foo
python
hello world in bar

这里要记住很重要的一点就是：

内层函数引用了外层函数的局部变量

来分析下上面的例子中程序的执行过程：

首先运行foo函数，foo函数的执行结果是返回bar的函数名，此时又把foo函数的执行结果定义给了变量f1,
所以此时f1就等于bar这个函数的内存地址,然后f1加括号运行就表示运行了bar函数。
在执行bar函数的过程中，bar函数访问到了外层foo函数中定义的变量，这就是一个典型的闭包函数

那使用闭包函数有什么好处呢？？在上面的例子里，f1的值是bar函数的内存地址，f1加括号运行就是在运行bar函数。

又由于f1是一个全局变量，这意味着可以在整个程序的任意位置都可以运行f1函数，此时再定义一个函数，在这个函数内部调用f1函数，

    def foo():
        print("hello world in foo")
        name = "python"
    
        def bar():
            print(name)
            print("hello world in bar")
        return bar
    
    f1 = foo()
    
    def func():
        name = "aaaaa"
        f1()
    
    func()

来分析一下程序的执行过程：

1.运行func函数，程序会先在内存中申请一块空间以保存name变量的值，然后运行f1函数，f1是在全局中定义的变量，所以一定可以找到f1函数的内存地址
2.f1加括号运行，就是在执行一个闭包函数，这个闭包函数内部引用了name这个变量
3.name这个变量在bar函数的外部已经定义了，所以在func函数内部调用f1函数，也就是bar函数时，其引用的变量依然是foo函数内部定义的name变量，而不是func函数内部定义的name变量，
4.因为f1函数的内部已经包含了name这个函数的值，所以就算在func函数内部也定义了name这个变量，程序执行的结果打印的依然是foo函数内部定义的name的值

程序执行结果

hello world in foo
python
hello world in bar

怎样验证一个函数是闭包函数

首先，闭包函数都有一个特有的属性：closure

在上面的例子里，打印f1的__closure__属性

    def foo():
        name = "python"
    
        def bar():
            print(name)
            print("hello world in bar")
        return bar
    
    f1 = foo()
    print(f1.__closure__)

打印结果如下：

(<cell at 0x0000000001DF5708: str object at 0x0000000001E79688>,)

可以看到__closure__属性的打印结果是一个元组形式的，其值就是f1函数的外层函数作用域

此时可以调用__closure__返回的元组的元素的cell_contents方法打印出name变量的值

    def foo():
        name = "python"
    
        def bar():
            print(name)
            print("hello world in bar")
        return bar
    
    f1 = foo()
    print(f1.__closure__[0].cell_contents)

打印结果如下：

python

可以看到程序已经打印出name变量的值了

即然__closure__的返回结果是一个元组，那么这个元组中一定是可以包含多个值的，看下面的例子

在foo函数内部定义多个变量，然后在bar函数内部打印几个变量的值，

然后运行这个闭包函数，打印闭包函数的__closure__方法

    def foo():
        print("hello world in foo")
        name1 = "python1"
        name2 = "python2"
        name3 = "python3"
        name4 = "python4"
    
        def bar():
            print(name1)
            print(name2)
            print(name3)
            print(name4)
            print("hello world in bar")
        return bar
    
    f1 = foo()
    print(f1.__closure__)

程序执行结果

(<cell at 0x0000000002145708: str object at 0x00000000021C9260>, 
<cell at 0x0000000002145A08: str object at 0x00000000021C93B0>, 
<cell at 0x0000000002145768: str object at 0x000000000295BE30>, 
<cell at 0x0000000002145C18: str object at 0x0000000002963880>)

由于在foo函数内部定义了4个变量，而且在bar函数内部引用了这4个变量，所以打印这个闭包函数的__closure__方法，返回的元组中就有4个元素

现在可以分别打印返回的元组中的这4个字符串对象的值了

    def foo():
        name1 = "python1"
        name2 = "python2"
        name3 = "python3"
        name4 = "python4"
    
        def bar():
            print(name1)
            print(name2)
            print(name3)
            print(name4)
            print("hello world in bar")
        return bar
    
    f1 = foo()
    print(f1.__closure__[0].cell_contents)
    print(f1.__closure__[1].cell_contents)
    print(f1.__closure__[2].cell_contents)
    print(f1.__closure__[3].cell_contents)

程序执行结果

python1
python2
python3
python4

那么现在还剩下最后一个问题了，那就是闭包函数的内层函数一定要返回吗??

来看下面一个例子

    def foo():
        name = "python1"
    
        def bar():
            print(name)
        print(bar.__closure__)
    
    foo()

定义了一个嵌套函数，然后这个嵌套函数的内层函数没有被返回，而是直接打印内层函数的__closure__方法，然后直接调用外层函数。

程序执行结果

(<cell at 0x0000000002155708: str object at 0x00000000021D9688>,)

依然打印出了内层函数的引用的变量对象

这说明闭包函数的内层函数还一定要返回

闭包函数的内层函数可以调用全局变量吗？？

把外层函数内部定义的变量改为全局变量，然后在内层函数中引用这个变量

    name = "python1"
    
    def foo():
        def bar():
            print(name)
    
        print(bar.__closure__)
    
    f=foo()
    print(f)

程序执行结果

None
None

可以看到，程序的执行结果是两个None,嵌套函数的内层函数的__closure__函数的值为None

这说明foo函数的内层嵌套函数bar调用的全局变量没有成功，所以上面的例子不是一个闭包函数

关于闭包函数的一些总结：

闭包的定义为：
    在函数内部定义的函数，称为内部函数
    内部函数调用了外部函数的局部变量
    即使内部函数返回了，还是可以使用局部变量
    通常闭包函数的内层函数都要被返回给外部函数
    闭包函数的外部函数可以在任何地方被调用，而不再受函数定义时层级的限制

闭包函数的作用

1.闭包函数自带函数作用域

正常意义上的函数，在函数执行过程中查找变量的顺序是一层一层向外找，符合LEGB(Local->Enclose->Global->Built in)法则的，

但是对闭包函数来说，查找变量只会找内部函数外面的那一层，因为闭包函数本身就自带一层作用域，这样才符合"闭包"两个字的意思

2.延迟计算(也叫惰性计算)

看下面的例子

    def func():
        name="python"
        def bar():
            print(name)
        return bar
    
    f=func()
    print(f.__closure)

在上面的例子里，执行foo()函数的返回结果是一个包含自带的某种状态的函数，实际上这个函数并没有执行，

以后想执行这个自带状态的函数时，把func()返回结果所赋值的那个变量加括号就可以执行了，

3.要想让一个函数始终保持一种状态，就可以使用闭包

例子：

    name="python"
    
    def func():
        print("I like %s" % name)
    
    func()

上面的代码执行结果会打印一行:"I like python"

但是我们知道，在不同的地方调用func函数，打印的结果很大可能是不一样的

那么如果我想不管在什么地方调用func函数，打印的结果都是"I like python"时，

就可以使用闭包了。

    def func1():
    
        name="python"
        def func():
            print("I like %s" % name)
        return func
    
    func=func1()
    func()

如上图所示，在func函数外面再包含一层函数func1，执行func1函数，再把func1函数的返回结果赋值给func这个变量

此时func就是一个闭包函数了,把func函数加括号就可以执行了

而且我们一定知道，此时func函数的执行结果一定会打印"I like python"这句话，而且不管func函数在程序的哪个位置被调用，执行结果都是一样的