python函数闭包概念

目录

• 一、函数
• 二、闭包
• 2.1 概念
• 2.2 闭包的应用场景
• 2.3 代码实例
• 实例 2：带参数的闭包
• 实例 3：闭包用于数据封装和隐藏

函数是实现特定功能的代码段的封装，在需要时可以多次调用函数来实现该功能。

Python如下定义一个函数，我们可以通过任何变量来将此函数进行赋值操作，如下：

def greet():
    return "Hello!"
# 将方法赋给变量（无括号，得到方法对象）
greet_func = greet
# 调用存储在变量中的方法
print(greet_func())
print(type(greet_func))   # 输出 greet_func 的类型，由于 greet_func 指向的是 greet 函数对象，所以输出结果为 <class 'function'>
print(type(greet_func())) # 先调用 greet_func 所指向的函数，得到返回值 "Hello!"，然后输出该返回值的类型，结果为 <class 'str'>。
# 有括号，直接调用方法并将结果赋给变量
greet_result = greet() 
print(greet_result)
print(type(greet_result))  # 输出 greet_result 的类型，由于它存储的是字符串，所以输出结果为 <class 'str'>
print(type(greet_result())) # 报错greet_result 存储的是字符串 "Hello!"，而不是函数对象，所以不能像调用函数一样在它后面加上括号 ()

在 Python 中，函数是一等公民，这意味着函数可以像其他对象（如整数、字符串等）一样被赋值给变量。这里将 greet 函数对象赋值给了变量 greet_func。此时 greet_func 实际上指向的是 greet 函数本身，而不是函数的返回值；而 greet_result = greet() 是先调用 greet 方法，然后把返回值赋给 greet_result 变量。

在 Python 中，闭包（Closure）是一种特殊的函数，它由一个函数和该函数所引用的外部作用域中的变量组成。即使外部函数已经执行完毕，其局部变量的生命周期也会因闭包的存在而得以延长，闭包可以继续访问这些变量。

简单来说，闭包允许函数访问并操作其定义所在的外部作用域中的变量，即使该外部作用域已经结束。

构成闭包需要满足以下三个条件：

• 存在一个嵌套函数，即在一个函数内部定义另一个函数。
• 嵌套函数引用了外部函数的局部变量。
• 外部函数返回嵌套函数。

• 数据封装和隐藏：可以将数据隐藏在闭包内部，只通过闭包提供的接口来访问和修改数据。
• 实现回调函数：在事件驱动编程中，闭包可以作为回调函数，保存一些上下文信息。
• 实现装饰器：装饰器是闭包的一种常见应用，用于在不修改原函数代码的情况下，为函数添加额外的功能。

实例 1：简单计数器闭包

def outer_function():
    # 外部函数的局部变量
    count = 0
    def inner_function():
        # 声明count为外部函数的局部变量, 以便可以修改它
        nonlocal count
        count = count + 1
        return count
    return inner_function
# 创建闭包实例
counter = outer_function()
# 多次调用闭包
print(counter())  # 输出: 1
print(counter())  # 输出: 2
print(counter())  # 输出: 3

代码解释：

• outer_function是外部函数，它定义了局部变量count并初始化为 0。
• inner_function是嵌套在outer_function内部的函数，它引用了外部函数的 count 变量，并对其进行加 1 操作。nonlocal 关键字用于告诉 Python，count 变量不是当前inner_function的局部变量，而是外部函数的局部变量，这样才能在内部函数中修改它。
• outer_function 返回了 inner_function，形成了闭包。当调用 outer_function() 时，会返回inner_function 的引用并赋值给counter。每次调用 counter() 时，count变量的值都会在之前的基础上增加 1，说明 count 变量的状态被闭包保存下来了。

def multiplier(factor):
    print("++++++", factor)
    def multiply_by_factor(number):
        print("++++++", number)
        return number * factor
    return multiply_by_factor
# 创建一个乘以 3 的闭包
triple = multiplier(3)
# 调用 __closure__ 内置方法可以查看到两个内存地址，结果返回cell就是闭包，None 则不是闭包，可以看出来其实这是一个元组类型，使用[0].cell_contents可以得到闭合数值，也就闭包所需要的环境变量。
print(triple.__closure__)
# 闭包所需要的环境变量
print(triple.__closure__[0].cell_contents)
print(triple.__class__)
print(triple(5))

代码解释：

• multiplier 是外部函数，它接受一个参数 factor。
• multiply_by_factor 是嵌套函数，它接受一个参数 number，并返回 number 乘以 factor 的结果。
• multiplier 返回 multiply_by_factor，形成闭包。调用 multiplier(2) 会返回一个闭包，该闭包会将传入的数字乘以 2，将其赋值给 double。同理，multiplier(3) 返回的闭包会将传入的数字乘以 3，赋值给 triple。

运行结果：

def account(initial_balance):
    balance = initial_balance
    def deposit(amount):
        nonlocal balance
        balance = balance + amount
        return balance
    def withdraw(amount):
        nonlocal balance
        if amount <= balance:
            balance = balance - amount
            return balance
        else:
            print("余额不足")
            return balance
    def get_balance():
        return balance
    return deposit, withdraw, get_balance
# 创建账户闭包
deposited, withdrawed, get_balanceed = account(1000)
# 存款操作
print(deposited(500))  # 输出: 1500
# 取款操作
print(withdrawed(200))  # 输出: 1300
# 查询余额
print(get_balanceed())  # 输出: 1300

代码解释：

• account 是外部函数，它接受一个初始余额 initial_balance 并将其赋值给局部变量 balance。
• deposit、withdraw 和 get_balance 是嵌套函数， 它们 都引用了外 部函数balance 变量。deposit 函数用于存款，withdraw 函数用于取款，get_balance 函数用于查询余额。
• account 函数返回这三个嵌套函数，形成闭包。通过调用account(1000) 创建了一个账户闭包，并将返回的三个函数分别赋值给 deposited、withdrawe 和 get_balanceed。可以通过调用这些函数来进行账户的存款、取款和查询余额操作， 而 balance 变量被封装在闭包内部，外部无法直接访问，实现了数据的封装和隐藏。

参考文章：

python小课堂26 – 进阶必修之闭包（一）

https://zhuanlan.zhihu.com/p/55949749

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