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python中的閉包函數(shù)

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通常我們定義函數(shù)都是這樣定義的：

def foo():
    pass

其實在函數(shù)式編程中，函數(shù)里面還可以嵌套函數(shù)，如下面這樣：

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

此時我們調(diào)用foo函數(shù)，執(zhí)行結(jié)果會是什么樣子的呢？？

hello world in foo

結(jié)果如上所示，只會執(zhí)行foo函數(shù)的第一層函數(shù)，bar函數(shù)是不會被執(zhí)行的。為什么呢?

實際上來說，不管函數(shù)寫在哪個部分，那都只是定義了一個函數(shù)，只有這個函數(shù)被調(diào)用，函數(shù)內(nèi)部的語句才會被執(zhí)行。

在上面的例子中，bar函數(shù)雖然在foo函數(shù)內(nèi)部定義了，但是并沒有被執(zhí)行，所以bar函數(shù)是不會被執(zhí)行的。

這樣說來，定義在一個函數(shù)內(nèi)部的函數(shù)就沒什么作用了嗎？？其實不是這樣的。

來看下面的例子，把bar函數(shù)作為一個值返回給foo函數(shù)，來看執(zhí)行過程：

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

此時，由于bar函數(shù)作為一個返回值被返回給了foo，所以foo函數(shù)執(zhí)行結(jié)果是有返回值的，此時定義一個變量f1來接收foo函數(shù)的執(zhí)行返回結(jié)果，然后打印f1。

返回的結(jié)果如下：

hello world in foo
.bar at 0x0000000002941A60>

可以看到首先打印了foo函數(shù)中定義的一個print語句，接著打印的是foo函數(shù)中包含的bar函數(shù)的內(nèi)存地址，既然是一個函數(shù)的內(nèi)存地址，當(dāng)然可以加括號來執(zhí)行這個函數(shù)。

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

此時，這段代碼的執(zhí)行結(jié)果為：

hello world in foo
hello world in bar

兩個print語句都被打印出來了。

在上面的例子里，首先定義了一個函數(shù)foo,接著在foo函數(shù)內(nèi)部又嵌套定義了一個函數(shù)bar,然后返回函數(shù)bar的函數(shù)名，這就是閉包函數(shù)的定義方式。其實，閉包的定義就是一個函數(shù)內(nèi)部又嵌套了一個函數(shù)。

來看下面的這段代碼：

    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，在外層函數(shù)中定義了一個變量name，然后在內(nèi)層函數(shù)中打印這個變量name。

此時執(zhí)行上面的代碼，在打印name這個變量的時候，會先在bar函數(shù)內(nèi)部查找name這個變量，但是bar函數(shù)里面是沒有name這個變量的,此時根據(jù)python查找變量的LEGB法則，會到bar函數(shù)的外面一層去繼續(xù)查找name這個變量，此時可以找到name這個變量，所以這里打印的foo函數(shù)中定義的name的值。

執(zhí)行上面的代碼，打印結(jié)果如下：

hello world in foo
python
hello world in bar

這里要記住很重要的一點就是：內(nèi)層函數(shù)引用了外層函數(shù)的局部變量。

來分析下上面的例子中程序的執(zhí)行過程：

首先運行foo函數(shù)，foo函數(shù)的執(zhí)行結(jié)果是返回bar的函數(shù)名，此時又把foo函數(shù)的執(zhí)行結(jié)果定義給了變量f1,

所以此時f1就等于bar這個函數(shù)的內(nèi)存地址,然后f1加括號運行就表示運行了bar函數(shù)。

在執(zhí)行bar函數(shù)的過程中，bar函數(shù)訪問到了外層foo函數(shù)中定義的變量，這就是一個典型的閉包函數(shù)。

那使用閉包函數(shù)有什么好處呢？？在上面的例子里，f1的值是bar函數(shù)的內(nèi)存地址，f1加括號運行就是在運行bar函數(shù)。

又由于f1是一個全局變量，這意味著可以在整個程序的任意位置都可以運行f1函數(shù)，此時再定義一個函數(shù)，在這個函數(shù)內(nèi)部調(diào)用f1函數(shù)，

  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()

來分析一下程序的執(zhí)行過程：

1.運行func函數(shù)，程序會先在內(nèi)存中申請一塊空間以保存name變量的值，然后運行f1函數(shù)，f1是在全局中定義的變量，所以一定可以找到f1函數(shù)的內(nèi)存地址。

2.f1加括號運行，就是在執(zhí)行一個閉包函數(shù)，這個閉包函數(shù)內(nèi)部引用了name這個變量。

3.name這個變量在bar函數(shù)的外部已經(jīng)定義了，所以在func函數(shù)內(nèi)部調(diào)用f1函數(shù)，也就是bar函數(shù)時，其引用的變量依然是foo函數(shù)內(nèi)部定義的name變量，而不是func函數(shù)內(nèi)部定義的name變量。

4.因為f1函數(shù)的內(nèi)部已經(jīng)包含了name這個函數(shù)的值，所以就算在func函數(shù)內(nèi)部也定義了name這個變量，程序執(zhí)行的結(jié)果打印的依然是foo函數(shù)內(nèi)部定義的name的值。

相關(guān)推薦：《Python視頻教程》

程序執(zhí)行結(jié)果：

hello world in foo
python
hello world in bar

怎樣驗證一個函數(shù)是閉包函數(shù)？首先，閉包函數(shù)都有一個特有的屬性：closure。

在上面的例子里，打印f1的__closure__屬性。

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

打印結(jié)果如下：

(,)

可以看到__closure__屬性的打印結(jié)果是一個元組形式的，其值就是f1函數(shù)的外層函數(shù)作用域，此時可以調(diào)用__closure__返回的元組的元素的cell_contents方法打印出name變量的值。

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

打印結(jié)果如下：

python

可以看到程序已經(jīng)打印出name變量的值了，即然__closure__的返回結(jié)果是一個元組，那么這個元組中一定是可以包含多個值的，看下面的例子。

在foo函數(shù)內(nèi)部定義多個變量，然后在bar函數(shù)內(nèi)部打印幾個變量的值，然后運行這個閉包函數(shù)，打印閉包函數(shù)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__)

程序執(zhí)行結(jié)果：

(, 
, 
, 
)

由于在foo函數(shù)內(nèi)部定義了4個變量，而且在bar函數(shù)內(nèi)部引用了這4個變量，所以打印這個閉包函數(shù)的__closure__方法，返回的元組中就有4個元素。

現(xiàn)在可以分別打印返回的元組中的這4個字符串對象的值了。

    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)

程序執(zhí)行結(jié)果：

python1
python2
python3
python4

那么現(xiàn)在還剩下最后一個問題了，那就是閉包函數(shù)的內(nèi)層函數(shù)一定要返回嗎??

來看下面一個例子：

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

定義了一個嵌套函數(shù)，然后這個嵌套函數(shù)的內(nèi)層函數(shù)沒有被返回，而是直接打印內(nèi)層函數(shù)的__closure__方法，然后直接調(diào)用外層函數(shù)。

程序執(zhí)行結(jié)果：

(,)

依然打印出了內(nèi)層函數(shù)的引用的變量對象，這說明閉包函數(shù)的內(nèi)層函數(shù)還一定要返回。

閉包函數(shù)的內(nèi)層函數(shù)可以調(diào)用全局變量嗎？？

把外層函數(shù)內(nèi)部定義的變量改為全局變量，然后在內(nèi)層函數(shù)中引用這個變量。

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

程序執(zhí)行結(jié)果：

None
None

可以看到，程序的執(zhí)行結(jié)果是兩個None,嵌套函數(shù)的內(nèi)層函數(shù)的__closure__函數(shù)的值為None，這說明foo函數(shù)的內(nèi)層嵌套函數(shù)bar調(diào)用的全局變量沒有成功，所以上面的例子不是一個閉包函數(shù)。

關(guān)于閉包函數(shù)的一些總結(jié)：

閉包的定義為：

（1）在函數(shù)內(nèi)部定義的函數(shù)，稱為內(nèi)部函數(shù)。

（2）內(nèi)部函數(shù)調(diào)用了外部函數(shù)的局部變量。

（3）即使內(nèi)部函數(shù)返回了，還是可以使用局部變量。

（4）通常閉包函數(shù)的內(nèi)層函數(shù)都要被返回給外部函數(shù)。

（5）閉包函數(shù)的外部函數(shù)可以在任何地方被調(diào)用，而不再受函數(shù)定義時層級的限制。

閉包函數(shù)的作用

1.閉包函數(shù)自帶函數(shù)作用域

正常意義上的函數(shù)，在函數(shù)執(zhí)行過程中查找變量的順序是一層一層向外找，符合LEGB(Local->Enclose->Global->Built in)法則的，

但是對閉包函數(shù)來說，查找變量只會找內(nèi)部函數(shù)外面的那一層，因為閉包函數(shù)本身就自帶一層作用域，這樣才符合"閉包"兩個字的意思。

2.延遲計算(也叫惰性計算)

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，執(zhí)行foo()函數(shù)的返回結(jié)果是一個包含自帶的某種狀態(tài)的函數(shù)，實際上這個函數(shù)并沒有執(zhí)行，

以后想執(zhí)行這個自帶狀態(tài)的函數(shù)時，把func()返回結(jié)果所賦值的那個變量加括號就可以執(zhí)行了。

3.要想讓一個函數(shù)始終保持一種狀態(tài)，就可以使用閉包。

例子：

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

上面的代碼執(zhí)行結(jié)果會打印一行:"I like python"

但是我們知道，在不同的地方調(diào)用func函數(shù)，打印的結(jié)果很大可能是不一樣的，那么如果我想不管在什么地方調(diào)用func函數(shù)，打印的結(jié)果都是"I like python"時，就可以使用閉包了。

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

如上圖所示，在func函數(shù)外面再包含一層函數(shù)func1，執(zhí)行func1函數(shù)，再把func1函數(shù)的返回結(jié)果賦值給func這個變量。

此時func就是一個閉包函數(shù)了,把func函數(shù)加括號就可以執(zhí)行了。

而且我們一定知道，此時func函數(shù)的執(zhí)行結(jié)果一定會打印"I like python"這句話，而且不管func函數(shù)在程序的哪個位置被調(diào)用，執(zhí)行結(jié)果都是一樣的。

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