Python 闭包

闭包

闭包（closure）是函数式编程的重要的语法结构，Python也支持这一特性，下面就开始介绍Python中的闭包。

​ 首先看看闭包的概念：闭包（Closure）是词法闭包（Lexical Closure）的简称，是引用了自由变量的函数。这个被引用的自由变量将和这个函数一同存在，即使已经离开了创造它的环境也不例外。所以，闭包是由函数和与其相关的引用环境组合而成的实体。

在开始介绍闭包之前先看看Python中的namespace。

Python中的namespace

Python中通过提供 namespace 来实现重名函数/方法、变量等信息的识别，其一共有三种 namespace，分别为：

• local namespace: 作用范围为当前函数或者类方法
• global namespace: 作用范围为当前模块
• build-in namespace: 作用范围为所有模块

​ 当函数/方法、变量等信息发生重名时，Python会按照 “local namespace -> global namespace -> build-in namespace”的顺序搜索用户所需元素，并且以第一个找到此元素的 namespace 为准。

同时，Python中的内建函数locals()和globals()可以用来查看不同namespace中定义的元素。

看一个例子：

s = "string in global"
num = 99


def numFunc(a, b):
    num = 100
    print("numFunc的s: ", s)

    def addFunc(a, b):
        s = "string in addFunc"
        print("addFunc的 s: ", s)
        print("addFunc的num: ", num)
        print("addFunc的locals : ", locals())
        print()
        return "%d + %d = %d" % (a, b, a + b)

    print("numFunc的locals: ", locals())
    print()
    return addFunc(a, b)


numFunc(3, 6)
print("全局: ", globals())

结果：

numFunc的s:  string in global
numFunc的locals:  {'addFunc': <function numFunc.<locals>.addFunc at 0x0317E8A0>, 'b': 6, 'a': 3, 'num': 100}

addFunc的 s:  string in addFunc
addFunc的num:  100
addFunc的locals :  {'s': 'string in addFunc', 'b': 6, 'a': 3, 'num': 100}

全局:  {'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x0301A310>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:\Python\PythonProject\flys\qq.py', '__cached__': None, 's': 'string in global', 'num': 99, 'numFunc': <function numFunc at 0x0317E8E8>}
[Finished in 0.4s]

​ 代码中通过locals()和globals()获取了不同namespace中定义的元素，当在”numFunc”函数中访问s变量的时候，由于local namespace中没有定义s，所以会找到global中的s；但是，由于”addFunc”的local namespace中有s，所以可以直接使用。

Python创建闭包

​ 下面通过一个例子一步一步分析一下Python如何实现闭包。

#定义一个函数
def test(number):

    #在函数内部再定义一个函数，并且这个函数用到了外边函数的变量，那么将这个函数以及用到的一些变量称之为闭包
    def test_in(number_in):
        print("in test_in 函数, number_in is %d"%number_in)
        return number+number_in
    #其实这里返回的就是闭包的结果
    return test_in


#给test函数赋值，这个20就是给参数number
ret = test(20)

#注意这里的100其实给参数number_in
print(ret(100))

#注意这里的200其实给参数number_in
print(ret(200))

结果：

in test_in 函数, number_in is 100
120
in test_in 函数, number_in is 200
220

在Python中创建一个闭包可以归结为以下三点：

• 闭包函数必须有内嵌函数
• 内嵌函数需要引用该嵌套函数上一级namespace中的变量
• 闭包函数必须返回内嵌函数

通过这三点，就可以创建一个闭包.

__closure__属性

在Python中，函数对象有一个__closure__属性，我们可以通过这个属性看看闭包的一些细节。

def greeting_conf(prefix):
    def greeting(name):
        print(prefix, name)
    return greeting


mGreeting = greeting_conf("Good Morning")

print(dir(mGreeting))
print(mGreeting.__closure__)
print(type(mGreeting.__closure__[0]))
print(mGreeting.__closure__[0].cell_contents)

​ 通过__closure__属性看到，它对应了一个tuple，tuple的内部包含了cell类型的对象。

对于这个例子，可以得到cell的值（内容）为”Good Morning”，也就是变量”prefix”的值。

['__annotations__', '__call__', '__class__', '__closure__', '__code__', '__defaults__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__get__', '__getattribute__', '__globals__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__kwdefaults__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__name__', '__ne__', '__new__', '__qualname__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__']

(<cell at 0x012AA330: str object at 0x02E47570>,)

<class 'cell'>

Good Morning

​ 从这里可以看到闭包的原理，当内嵌函数引用了包含它的函数（enclosing function）中的变量后，这些变量会被保存在enclosing function的__closure__属性中，成为enclosing function本身的一部分；也就是说，这些变量的生命周期会和enclosing function一样。

闭包再理解

​ 内部函数对外部函数作用域里变量的引用（非全局变量），则称内部函数为闭包。闭包只是在表现形式上跟函数类似，但实际上不是函数。

# closure.py

def counter(start=0):
    count=[start]
    def incr():
        count[0] += 1
        return count[0]
    return incr

启动python解释器

>>>import closeure
>>>c1=closeure.counter(5)
>>>print(c1())
6
>>>print(c1())
7
>>>c2=closeure.counter(100)
>>>print(c2())
101
>>>print(c2())
102

nonlocal访问外部函数的局部变量(python3)

def counter(start=0):
    def incr():
        nonlocal start
        start += 1
        return start
    return incr

c1 = counter(5)
print(c1())
print(c1())

c2 = counter(50)
print(c2())
print(c2())

print(c1())
print(c1())

print(c2())
print(c2())

看一个闭包的实际例子：

def line_conf(a, b):
    def line(x):
        return a*x + b
    return line

line1 = line_conf(1, 1)
line2 = line_conf(4, 5)
print(line1(5))
print(line2(5))

​ 这个例子中，函数line与变量a,b构成闭包。在创建闭包的时候，我们通过line_conf的参数a,b说明了这两个变量的取值，这样，我们就确定了函数的最终形式(y = x + 1和y = 4x + 5)。我们只需要变换参数a,b，就可以获得不同的直线表达函数。由此，我们可以看到，闭包也具有提高代码可复用性的作用。

​ 如果没有闭包，我们需要每次创建直线函数的时候同时说明a,b,x。这样，我们就需要更多的参数传递，也减少了代码的可移植性。

闭包思考：

• 闭包似优化了变量，原来需要类对象完成的工作，闭包也可以完成
• 由于闭包引用了外部函数的局部变量，则外部函数的局部变量没有及时释放，消耗内存