python 闭包函数的作用_理解Python中的闭包

1.定义

闭包是函数式编程的一个重要的语法结构,函数式编程是一种编程范式 (而面向过程编程和面向对象编程也都是编程范式)。在面向过程编程中,我们见到过函数(function);在面向对象编程中,我们见过对象(object)。函数和对象的根本目的是以某种逻辑方式组织代码,并提高代码的可重复使用性(reusability)。闭包也是一种组织代码的结构,它同样提高了代码的可重复使用性。

不同编程语言实现闭包的方式是不同的,python中闭包从表现形式上看,如果在一个内部函数里,对在外部作用域(但不是在全局作用域)的变量进行引用,那么内部函数就被认为是闭包(closure)。

举个例子:

def outer(x):

def inner(y):

return x + y

return inner

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结合这段简单的代码和定义来说明闭包:

inner(y)就是这个内部函数,对在外部作用域(但不是在全局作用域)的变量进行引用:x就是被引用的变量,x在外部作用域outer里面,但不在全局作用域里,则这个内部函数inner就是一个闭包。

再稍微讲究一点的解释是,闭包=函数块+定义函数时的环境,inner就是函数块,x就是环境,当然这个环境可以有很多,不止一个简单的x。

在函数outer中定义了一个inner函数,inner函数访问外部函数outer的(参数)变量,并且把inner函数作为返回值返回给outer函数。

a = outer(2)

print('function:',a)

print('result:',a(3))

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上面的代码中a就是一个函数,代码的执行结果为:

c6356c605c187f7fe63f989dc0f82b7e.png

从结果我们不难看出,a是函数inner而不是outer,这个有点绕,但是并不难理解,因为return回来的是inner函数。

print('a.func_name',a.func_name)

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输出结果为:

297ed68cd5987868f6cdb2706fb98052.png

调用函数a,得到的结果是传入参数的值相加。

上面的和这句是一样的:print('result:',outer(2)(3))

2.使用闭包注意的地方

2.1闭包无法修改外部函数的局部变量

40f1b7185c495b33317657aabfeda157.png

如果innerFunc可以修改x的值的话,x的值前后会发生变化,但结果是:

d954bd6bc2ff1a4bf556afd44a7632dd.png

在innerFunc中x的值发生了改变,但是在outerFunc中x的值并未发生变化。

再来看一个例子

2.2闭包无法直接访问外部函数的局部变量

def outer():

x = 5

def inner(): #上面一行的x相对inner函数来说是函数外的局部变量(非全局变量)

x *= x

return x

return inner

outer()()

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运行会报错:

a73b3994da3f1aa5e84172dfa47c107f.png

解决的方法:

1.在python3之前没有直接的解决方法,只能间接地通过容器类型来解决,因为容器类型不是存放在栈空间的,inner函数可以访问到。

def outer():

x = [5]

def inner():

x[0] *= x[0]

return x[0]

return inner

print(outer()()) #25

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2.python3通过nonlocal关键字来解决,该语句显式的指定a不是闭包的局部变量。

def outer():

x = 5

def inner():

nonlocal x #把x声明为非局部变量

x *= x

return x

return inner

print(outer()())

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2.3python循环中不包含域的概念

还有一个容易产生错误的事例也经常被人在介绍python闭包时提起,我一直都没觉得这个错误和闭包有什么太大的关系,但是它倒是的确是在python函数式编程是容易犯的一个错误,我在这里也不妨介绍一下。先看下面这段代码

for i in range(3):

print i

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在程序里面经常会出现这类的循环语句,Python的问题就在于,当循环结束以后,循环体中的临时变量i不会销毁,而是继续存在于执行环境中。还有一个python的现象是,python的函数只有在执行时,才会去找函数体里的变量的值。

flist = []

for i in range(3):

def foo(x): print x + i

for f in flist:

f(2)

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可能有些人认为这段代码的执行结果应该是2,3,4.但是实际的结果是4,4,4。loop在python中是没有域的概念的,flist在像列表中添加func的时候,并没有保存i的值,而是当执行f(2)的时候才去取,这时候循环已经结束,i的值是2,所以结果都是4。

解决方法也很简单,改写一下函数的定义就可以了。

for i in range(3):

def foo(x,y=i): print x + y

flist.append(foo)

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3.闭包的作用

说了这么多,不免有人要问,那这个闭包在实际的开发中有什么用呢?闭包主要是在函数式开发过程中使用。以下介绍两种闭包主要的用途。

用途1:当闭包执行完后,仍然能够保持住当前的运行环境。

比如说,如果你希望函数的每次执行结果,都是基于这个函数上次的运行结果。我以一个类似棋盘游戏的例子来说明。假设棋盘大小为50*50,左上角为坐标系原点(0,0),我需要一个函数,接收2个参数,分别为方向(direction),步长(step),该函数控制棋子的运动。棋子运动的新的坐标除了依赖于方向和步长以外,当然还要根据原来所处的坐标点,用闭包就可以保持住这个棋子原来所处的坐标。

origin = [0, 0]

legal_x = [0, 50]

legal_y = [0, 50]

def create(pos=origin):

def player(direction,step):

# 这里应该首先判断参数direction,step的合法性,比如direction不能斜着走,step不能为负等

# 然后还要对新生成的x,y坐标的合法性进行判断处理,这里主要是想介绍闭包,就不详细写了。

new_x = pos[0] + direction[0]*step

new_y = pos[1] + direction[1]*step

pos[0] = new_x

pos[1] = new_y

#注意!此处不能写成 pos = [new_x, new_y],因为参数变量不能被修改,而pos[]是容器类的解决方法

return pos

return player

player = create() # 创建棋子player,起点为原点

print player([1,0],10) # 向x轴正方向移动10步

print player([0,1],20) # 向y轴正方向移动20步

print player([-1,0],10) # 向x轴负方向移动10步

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输出为:

[10, 0]

[10, 20]

[0, 20]

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用途2:闭包可以根据外部作用域的局部变量来得到不同的结果

这有点像一种类似配置功能的作用,我们可以修改外部的变量,闭包根据这个变量展现出不同的功能。比如有时我们需要对某些文件的特殊行进行分析,先要提取出这些特殊行。

def make_filter(keep):

def the_filter(file_name):

file = open(file_name)

lines = file.readlines()

file.close()

filter_doc = [i for i in lines if keep in i]

return filter_doc

return the_filter

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如果我们需要取得文件”result.txt”中含有”pass”关键字的行,则可以这样使用例子程序

filter = make_filter("pass") filter_result = filter("result.txt")

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以上两种使用场景,用面向对象也是可以很简单的实现的,但是在用Python进行函数式编程时,闭包对数据的持久化以及按配置产生不同的功能,是很有帮助的。

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