Python嵌套函數(shù)和閉包

在Python語(yǔ)言中，可以在函數(shù)中定義函數(shù)。 這種在函數(shù)中嵌套定義的函數(shù)也叫內(nèi)部函數(shù)。我們來(lái)看下面的代碼：

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上述代碼中，定義了函數(shù)greet，在函數(shù)greet內(nèi)部又定義了一個(gè)函數(shù)inner_func, 并調(diào)用該函數(shù)打印了一串字符。

我們可以看到，內(nèi)部函數(shù)inner_func的定義和使用與普通函數(shù)基本相同。需要注意的是變量的作用域，在上述代碼中，函數(shù)參數(shù)name對(duì)于全局函數(shù)greet是局部變量，對(duì)內(nèi)部函數(shù)inner_func來(lái)說(shuō)則是非局部變量。內(nèi)部函數(shù)對(duì)于非局部變量的訪問(wèn)規(guī)則類似于標(biāo)準(zhǔn)的外部函數(shù)訪問(wèn)全局變量。

從這個(gè)例子我們還可以看到內(nèi)部函數(shù)的一個(gè)作用，就是通過(guò)定義內(nèi)部函數(shù)的方式將一些功能隱藏起來(lái)，防止外部直接調(diào)用。常見的場(chǎng)景是，在一個(gè)復(fù)雜邏輯的函數(shù)中，將一些小的任務(wù)定義成內(nèi)部函數(shù)，然后由這個(gè)外層函數(shù)使用，這樣可以使代碼更為清晰，易于維護(hù)。這些內(nèi)部函數(shù)只會(huì)在這個(gè)外層函數(shù)中使用，不能被其他函數(shù)或模塊使用。

在Python語(yǔ)言中, 函數(shù)也是對(duì)象，它可以被創(chuàng)建、賦值給變量，或者作為函數(shù)的返回值。我們來(lái)看下面這個(gè)例子。

在上述代碼中，在函數(shù)gen_greet內(nèi)部定義了inner_func函數(shù)，并返回了一個(gè)inner_func函數(shù)對(duì)象。外部函數(shù)gen_greet返回了一個(gè)函數(shù)對(duì)象，所以像gen_greet這樣的函數(shù)也叫工廠函數(shù)。

在內(nèi)部函數(shù)inner_func中，使用了外部函數(shù)的傳參greet_words（非局部變量），以及函數(shù)的參數(shù)name（局部變量），來(lái)打印一個(gè)字符串。

接下來(lái)，調(diào)用gen_greet("Hello")創(chuàng)建一個(gè)函數(shù)對(duì)象say_hello，緊接著調(diào)用say_hello("Mr. Zhang")，輸出的結(jié)果為：Hello, Mr. Zhang！

同樣的，調(diào)用gen_greet("Hi")創(chuàng)建一個(gè)函數(shù)對(duì)象say_hi，調(diào)用say_hello("Mr. Zhang")，輸出的結(jié)果為：Hi，Tony！

我們可以發(fā)現(xiàn)，gen_greet返回的函數(shù)對(duì)象具有記憶功能，它能夠把所需使用的非局部變量保存下來(lái)，用于后續(xù)被調(diào)用的時(shí)候使用。這種保存了非局部變量的函數(shù)對(duì)象被稱作閉包（closure）。

那么閉包是如何實(shí)現(xiàn)的呢？其實(shí)并不復(fù)雜，函數(shù)對(duì)象中有一個(gè)屬性__closure__，它就是在創(chuàng)建函數(shù)對(duì)象時(shí)用來(lái)保存這些非局部變量的。

__closure__屬性是一個(gè)元組或者None類型。在上述代碼中，我們可以通過(guò)下面方式查看：

函數(shù)的嵌套所實(shí)現(xiàn)的功能大都可以通過(guò)定義類的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且類是更加面向?qū)ο蟮拇a編寫方式。

嵌套函數(shù)的一個(gè)主要用途是實(shí)現(xiàn)函數(shù)的裝飾器。我們看下面的代碼：

在上述代碼中，logger函數(shù)返回函數(shù)with_logging，with_logging則是打印了函數(shù)func的名稱及傳入的參數(shù)，然后調(diào)用func, 并將參數(shù)傳遞給func。其中的@wraps(func)語(yǔ)句用于復(fù)制函數(shù)func的名稱、注釋文檔、參數(shù)列表等等，使得with_logging函數(shù)具有被裝飾的函數(shù)func相同的屬性。

代碼中接下來(lái)用@logger對(duì)函數(shù)power_func進(jìn)行修飾，它的作用等同于下面的代碼:

可見，裝飾器@符其實(shí)就是上述代碼的精簡(jiǎn)寫法。

通過(guò)了解了嵌套函數(shù)和閉包的工作原理，我們?cè)谑褂眠^(guò)程中就能夠更加得心應(yīng)手了。

閉包與自由變量

之前 分析了裝飾器的語(yǔ)法，由此可以直接推導(dǎo)出其基本框架。但為了寫出一個(gè)功能完整的裝飾器，還需要了解一個(gè)概念——閉包。

閉包(closure) ，是引用了自由變量的函數(shù)。 這個(gè)被引用的自由變量將和這個(gè)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。

看下面的例子

對(duì) f 內(nèi)部的函數(shù) g 來(lái)說(shuō)，參數(shù) a 既不是它的參數(shù)，也不是它的局部變量，而是它的自由變量。該自由變量可以

閉包和嵌套函數(shù)的概念有所區(qū)別。閉包當(dāng)然是嵌套函數(shù)，但沒(méi)有引用自由變量的嵌套函數(shù)卻不是閉包。

Python 的函數(shù)有一個(gè)只讀屬性 __closure__ ，存儲(chǔ)的就是函數(shù)所引用的自由變量，

如果僅僅是嵌套函數(shù)，它的 __closure__ 應(yīng)該是 None 。

閉包有個(gè)重要的特性：內(nèi)部函數(shù)只能引用而不能修改外部函數(shù)中定義的自由變量。試圖直接修改只有兩種結(jié)果，要么運(yùn)行出錯(cuò)，要么你以為你修改了，實(shí)際并沒(méi)有。

不能修改不是因?yàn)?Python 設(shè)計(jì)者故意限制，不給它權(quán)限，而是外部的自由變量被內(nèi)部的局部變量覆蓋了；被覆蓋了也不是閉包獨(dú)有的特性，從普通函數(shù)內(nèi)部同樣也不能直接修改全局變量。Python 命名空間的查找規(guī)則簡(jiǎn)寫為 LEGB，四個(gè)字母分別代表 local、enclosed、global 和 build-in，閉包外層函數(shù)的命名空間就是 enclosed。Python 在檢索變量時(shí)，按照 L - E - G - B 的順序依次查找，如果在 L 中找到了變量，就不會(huì)繼續(xù)向后查找。

在示例 1 中，你的本意是修改自由變量 number ，然而并不能：由于存在對(duì) number 的賦值語(yǔ)句（ number += 1 ），Python 會(huì)認(rèn)為 number 是 printer 的局部變量，可是在局部變量字典中又查找不到它的定義，只好拋出異常。拋出的異常不是因?yàn)椴荒苄薷淖杂勺兞?，而是局部變量還沒(méi)賦值就被引用了。

在示例 2 中，Python 成功地在 printer 內(nèi)定義了局部變量 number ，并覆蓋了同名自由變量，你可能以為自己成功修改了 print_msg 中的 number ，然而并沒(méi)有。

怎么才能修改呢？

一種做法是利用可變類型(mutable)的特性，把變量存放在列表(List)之中。對(duì)可變的列表的修改并不需要對(duì)列表本身賦值， number[0] = 3 只是修改了列表元素。雖然列表發(fā)生了變化，但引用列表的變量卻并沒(méi)有改變，巧妙地“瞞”過(guò)了 Python。見示例3。

Python 3 引入了 nonlocal 關(guān)鍵字，明確告訴解釋器：這不是局部變量，要找上外頭找去。在示例 4 中， nonlocal 幫助我們實(shí)現(xiàn)了所期望的對(duì)自由變量的修改。

其實(shí)，在 Python 2 中，用 global 代替 nonlocal ，也能達(dá)到類似的效果，但由于全局變量的不易控制，這種做法不被提倡。

下面的例子很好地展示了自由變量的特點(diǎn)：與引用它的函數(shù)一同存在，而想要修改它，得小心謹(jǐn)慎。

裝飾器 rate_limit 的作用，是限制被裝飾的函數(shù)每秒內(nèi)最多被訪問(wèn) max_per_sec 次。為此，需要維護(hù)一個(gè)變量用以記錄上次被調(diào)用的時(shí)刻，它獨(dú)立于函數(shù)之外，和被修飾的函數(shù)一同存在，還能在每次被調(diào)用的時(shí)候更新。 last_time_called 就是這樣的變量。為了正確地更新， last_time_called 以列表的形式存在。如果在 Python 3 中，它也可以直接存為 float ，只要在內(nèi)部函數(shù)中聲明為 nonlocal ，也可以達(dá)到同樣的目的。

python什么是閉包 閉包的作用域

在函數(shù)中可以定義另一個(gè)函數(shù)時(shí)，如果內(nèi)部的函數(shù)引用了外部的函數(shù)的變量，則可能產(chǎn)生閉包。

閉包可以用來(lái)在一個(gè)函數(shù)與一組私有變量之間創(chuàng)建關(guān)聯(lián)關(guān)系。

在給定函數(shù)被多次調(diào)用的過(guò)程中，這些私有變量能夠保持其持久性。

形成閉包的三個(gè)條件

必須有一個(gè)內(nèi)嵌函數(shù)—這對(duì)應(yīng)函數(shù)之間的嵌套;

內(nèi)嵌函數(shù)必須引用一個(gè)定義在閉合范圍內(nèi)的變量—內(nèi)部函數(shù)引用外部變量;

外部函數(shù)必須返回內(nèi)嵌函數(shù)—必須返回內(nèi)部函數(shù)。

換句話來(lái)說(shuō)：閉包的概念很簡(jiǎn)單，一個(gè)可以引用在函數(shù)閉合范圍內(nèi)變量的函數(shù)，即內(nèi)部函數(shù)，只有那個(gè)內(nèi)部函數(shù)才有所謂的__closure__屬性。

閉包的原理

形成閉包之后，閉包函數(shù)會(huì)獲得一個(gè)非空的_Closure_屬性，這個(gè)屬性是一個(gè)元組。

組里面的對(duì)象為cell對(duì)象，而訪問(wèn)cell對(duì)象的cell_contents屬性則可以得到閉包變量的當(dāng)前值。

而隨著閉包的繼續(xù)調(diào)用，變量會(huì)進(jìn)行再次更新。由此可見，一般形成閉包之后，Python確定會(huì)將_closure_和閉包函數(shù)綁定作為儲(chǔ)存閉包變量的場(chǎng)所。

閉包的好處是什么?

其實(shí)，閉包并不是必須的。

沒(méi)有閉包的話，Python的功能不會(huì)受到任何影響;但有了閉包之后，可以提供一種額外的解決方案。

python中使用閉包及修改外部函數(shù)的局部變量

在python中，函數(shù)可以被嵌套定義，也就是說(shuō)，函數(shù)中可以定義函數(shù)。該函數(shù)還可以將其內(nèi)部定義的函數(shù)作為返回值返回。

閉包的定義：一般來(lái)說(shuō)，我們可以認(rèn)為，如果一個(gè)函數(shù)可以讀取其他函數(shù)中的局部變量，那么它們就構(gòu)成了閉包。

注意 ：閉包的定義不是特別清晰，但大體上的意思是這樣的。

我們知道，普通的函數(shù)是可以使用全局變量的

類似的，函數(shù)中定義的函數(shù)，也是可以使用外部函數(shù)的變量的。因此，滿足了函數(shù)讀取了其他函數(shù)局部變量的這一條件，他們因此構(gòu)成了閉包。

在閉包的使用中，我們可以先給外部的函數(shù)賦予不同的局部變量，然后再調(diào)用其中內(nèi)部的函數(shù)時(shí)，就可以讀取到這些不同的局部變量了。

外部變量的使用 在普通函數(shù)中，雖然可以直接使用全局變量，但是不可以直接修改全局變量。從變量的作用域來(lái)說(shuō)，一旦你嘗試修改全局變量，那么就會(huì)嘗試創(chuàng)建并使用一個(gè)同名的局部變量。因此，如果你需要在普通函數(shù)中修改全局變量，需要使用global

同樣的，如果你希望通過(guò)定義在內(nèi)部的函數(shù)去修改其外部函數(shù)的變量，那么必須使用nonlocal

求幫助，Python閉包和返回函數(shù)問(wèn)題

（1）unpack tuple和list, 可以讓函數(shù)返回多個(gè)值

def count():

return (1, 2, 3) # 或者 return [1, 2, 3]

# 把列表解包，把1 2 3 分別賦值給 a b c

a, b, c = count()

print a, b, c

# 輸出 1, 2, 3

（2）假設(shè)你知道Python的dict類型。Python中，在函數(shù)中定義一個(gè)變量的時(shí)候，會(huì)在一個(gè)隱藏的叫l(wèi)ocals的dict里面插入key-value，其中key是變量名，value是變量值。而引用一個(gè)變量的時(shí)候，則首先會(huì)在這個(gè)叫l(wèi)ocals的dict里面，根據(jù)變量名作為key，去查對(duì)應(yīng)的值。

var = 1 # 你可以認(rèn)為這里進(jìn)行了 locals['var'] = 1 的操作

print var # 在對(duì)var變量進(jìn)行求值的時(shí)候，就在locals['var']里面找var變量對(duì)應(yīng)的值

（3）for循環(huán)中，每次循環(huán)只是給 `i` 重新綁定值

for i in (1, 2, 3):

print i

print i

# 一次輸入 1 2 3 3

每次`for i in (1, 2, 3)`相當(dāng)于在`print i`之前，進(jìn)行了

`locals['i'] = 1`

`locals['i'] = 2`

`locals['i'] = 3`

的操作

所以最后的`print i`再去locals字典里面找`i`的時(shí)候，就變成 3 了。

（4）閉包是 一個(gè)函數(shù)加上這個(gè)函數(shù)引用的外部變量

var = 1

def f():

print var

# 這里的閉包是函數(shù) f 和 f 引用的外部變量 var

def count():

var2 = 2

def f():

print var2

# 這里的閉包是函數(shù) f 和 f 引用的外部變量 var2

return f

拿第一個(gè)函數(shù) f 來(lái)說(shuō)。在 f 運(yùn)行的時(shí)候，解釋器拿著'var'這個(gè)字符串去locals字典里面找，發(fā)現(xiàn)找不到，于是在closure字典里面找，最后closure字典里面找，你可以認(rèn)為就是找closure['var']，然后發(fā)現(xiàn)找到對(duì)應(yīng)的值。count里面的 f 函數(shù)同理。

（為了容易理解，我這里說(shuō)謊了。實(shí)際上 f 壓根沒(méi)有closure，count里面的 f 才有。其實(shí)closure壓根不是像locals那樣的字典）

（5）函數(shù)定義時(shí)，函數(shù)只是記錄變量的名字。

要區(qū)分什么是名字，什么是值。

`i = 1`這里 i 只是名字，只是一個(gè)字符串 'i' 。這句話運(yùn)行完，locals['i'] = 1，就說(shuō) i 對(duì)應(yīng)的值是1

def count():

fs = []

for i in range(1, 4):

# 定義一個(gè)函數(shù)，等價(jià)于運(yùn)行了 locals['f'] = 真正生成的函數(shù)

# 每次循環(huán)，這里都會(huì)重新生成一個(gè)函數(shù)，然后把重新生成的函數(shù)賦值給 locals['f']

def f():

return i * i # 引用了'i'這個(gè)名字，但并不是引用了'i'對(duì)應(yīng)的值

# 等價(jià)于 locals['fs'].append(locals['f'])

# f 不是函數(shù)，它只是一個(gè)名字'f'。f 引用的東西，也就是locals['f']才是真正的函數(shù)

fs.append(f)

# 于是這個(gè)for循環(huán)生成了三個(gè)函數(shù)，這三個(gè)函數(shù)是沒(méi)有名字的，這個(gè)函數(shù)運(yùn)行完后，它們跟'f'這個(gè)名字就毛關(guān)系都沒(méi)有了(是的我說(shuō)慌了，但可以先不管)

# 把整個(gè)列表返回，這個(gè)列表包含了三個(gè)函數(shù)

return fs

# count()返回三個(gè)函數(shù)的列表，unpack 列表的語(yǔ)法把列表中的三個(gè)函數(shù)抽出來(lái)，重新給他們命名為 f1, f2, f3

# 也就是說(shuō)，

# locals['f1'] = 列表中的第1個(gè)函數(shù)

# locals['f2'] = 列表中的第2個(gè)函數(shù)

# locals['f3'] = 列表中的第3個(gè)函數(shù)

# 這三個(gè)函數(shù)跟'f'這個(gè)名字現(xiàn)在毛關(guān)系都沒(méi)有。（其實(shí)是有的，但為了說(shuō)明需要簡(jiǎn)化，現(xiàn)在你可以完全不管括號(hào)里面說(shuō)的話）

f1, f2, f3 = count()

print f1(), f2(), f3()

# 好了我們運(yùn)行它們，輸入都是 9

# def f():

# return i * i

這是因?yàn)?f1 現(xiàn)在對(duì)應(yīng)的函數(shù)，里面引用了 'i' 這個(gè)字符串，我們根據(jù) 'i '這個(gè)字符串去找它對(duì)應(yīng)的值，先找到 f 當(dāng)前的locals字典，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有，因?yàn)楹瘮?shù)定義的時(shí)候沒(méi)有定義 i 變量。然后再去closure['i']里面找，因?yàn)镻ython是通過(guò)closure字典實(shí)現(xiàn)閉包的（就當(dāng)它是對(duì)的好不好），所以我們可以在closure['i']找到值，這個(gè)值就是我們上一次運(yùn)行的時(shí)候count函數(shù)里面殘留的locals['i']，而由于for循環(huán)三遍之后，locals['i'] == 3，所以找到 i 的值就是3。所以最后輸出都是9

什么是閉包

閉包就是能夠讀取其他函數(shù)內(nèi)部變量的函數(shù)。

如在javascript中，只有函數(shù)內(nèi)部的子函數(shù)才能讀取局部變量，所以閉包可以理解成“定義在一個(gè)函數(shù)內(nèi)部的函數(shù)“。在本質(zhì)上，閉包是將函數(shù)內(nèi)部和函數(shù)外部連接起來(lái)的橋梁。

閉包包含自由（未綁定到特定對(duì)象）變量，這些變量不是在這個(gè)代碼塊內(nèi)或者任何全局上下文中定義的，而是在定義代碼塊的環(huán)境中定義（局部變量）。

“閉包” 一詞來(lái)源于以下兩者的結(jié)合：要執(zhí)行的代碼塊（由于自由變量被包含在代碼塊中，這些自由變量以及它們引用的對(duì)象沒(méi)有被釋放）和為自由變量提供綁定的計(jì)算環(huán)境（作用域）。

在PHP、Scala、Scheme、Common Lisp、Smalltalk、Groovy、JavaScript、Ruby、 Python、Go、Lua、objective c、swift 以及Java（Java8及以上）等語(yǔ)言中都能找到對(duì)閉包不同程度的支持。

集合 S 是閉集當(dāng)且僅當(dāng) Cl(S)=S（這里的cl即closure，閉包）。特別的，空集的閉包是空集，X 的閉包是 X。集合的交集的閉包總是集合的閉包的交集的子集（不一定是真子集）。有限多個(gè)集合的并集的閉包和這些集合的閉包的并集相等；

零個(gè)集合的并集為空集，所以這個(gè)命題包含了前面的空集的閉包的特殊情況。無(wú)限多個(gè)集合的并集的閉包不一定等于這些集合的閉包的并集，但前者一定是后者的父集。

網(wǎng)頁(yè)題目：python閉包函數(shù)定義 python閉包的概念
文章來(lái)源：http://chinadenli.net/article36/dodcssg.html

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