Python进阶：携带状态的闭包

百变鹏仔 3个月前 (02-08) #Python

文章标签进阶

闭包

在 python 中，函数也是一个对象。因此，我们在定义函数时，可以再嵌套定义一个函数，并将该嵌套函数返回，比如：

from math import powdef make_pow(n):    def inner_func(x):     # 嵌套定义了 inner_func        return pow(x, n)   # 注意这里引用了外部函数的 n    return inner_func      # 返回 inner_func

上面的代码中，函数 make_pow 里面又定义了一个内部函数 inner_func ，然后将该函数返回。因此，我们可以使用 make_pow 来生成另一个函数：

&gt;&gt; &gt; pow2 = make_pow(2)  # pow2 是一个函数，参数 2 是一个自由变量&gt;&gt; &gt; pow2<function>&gt;&gt; &gt; pow2(6)36.0</function>

我们还注意到，内部函数 inner_func 引用了外部函数 make_pow 的自由变量 n ，这也就意味着，当函数 make_pow 的生命周期结束之后， n 这个变量依然会保存在 inner_func 中，它被 inner_func 所引用。

&gt;&gt; &gt; del make_pow         # 删除 make_pow&gt;&gt; &gt; pow3 = make_pow(3)Traceback(most recent call last):    File "<stdin>", line 1, in NameError:    name 'make_pow' is not defined&gt;&gt; &gt; pow2(9)     # pow2 仍可正常调用，自由变量 2 仍保存在 pow2 中81.0</stdin>

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像上面这种情况，一个函数返回了一个内部函数，该内部函数引用了外部函数的相关参数和变量，我们把该返回的内部函数称为闭包（ Closure ）。

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在上面的例子中， inner_func 就是一个闭包，它引用了自由变量 n 。

闭包的作用

闭包的最大特点就是引用了自由变量，即使生成闭包的环境已经释放，闭包仍然存在；
闭包在运行时可以有多个实例，即使传入的参数相同，比如：

&gt;&gt; &gt; pow_a = make_pow(2)&gt;&gt; &gt; pow_b = make_pow(2)&gt;&gt; &gt; pow_a == pow_bFalse

利用闭包，我们还可以模拟类的实例。

这里构造一个类，用于求一个点到另一个点的距离：

from math import sqrtclass Point(object):    def __init__(self, x, y):        self.x, self.y = x, y    def get_distance(self, u, v):        distance = sqrt((self.x - u) ** 2 + (self.y - v) ** 2)        return distance&gt;&gt; &gt; pt = Point(7, 2)        # 创建一个点&gt;&gt; &gt; pt.get_distance(10, 6)  # 求到另一个点的距离5.0

用闭包来实现：

def point(x, y):    def get_distance(u, v):        return sqrt((x - u) ** 2 + (y - v) ** 2)    return get_distance&gt;&gt; &gt; pt = point(7, 2)&gt;&gt; &gt; pt(10, 6)5.0

可以看到，结果是一样的，但使用闭包实现比使用类更加简洁。

常见误区

闭包的概念很简单，但实现起来却容易出现一些误区，比如下面的例子：

def count():    funcs = []    for i in [1, 2, 3]:        def f():            return i        funcs.append(f)    return funcs

在该例子中，我们在每次 for 循环中创建了一个函数，并将它存到 funcs 中。现在，调用上面的函数，你可能认为返回结果是 1, 2, 3，事实上却不是：

&gt;&gt; &gt; f1, f2, f3 = count()&gt;&gt; &gt; f1()3&gt;&gt; &gt; f2()3&gt;&gt; &gt; f3()3

为什么呢？原因在于上面的函数 f 引用了变量 i ，但函数 f 并非立刻执行，当 for 循环结束时，此时变量 i 的值是3， funcs 里面的函数引用的变量都是 3，最终结果也就全为 3。

因此，我们应尽量避免在闭包中引用循环变量，或者后续会发生变化的变量。

那上面这种情况应该怎么解决呢？我们可以再创建一个函数，并将循环变量的值传给该函数，如下：

def count():    funcs = []    for i in [1, 2, 3]:        def g(param):            f = lambda: param    # 这里创建了一个匿名函数            return f        funcs.append(g(i))        # 将循环变量的值传给 g    return funcs&gt;&gt; &gt; f1, f2, f3 = count()&gt;&gt; &gt; f1()1&gt;&gt; &gt; f2()2&gt;&gt; &gt; f3()3

小结

闭包是携带自由变量的函数，即使创建闭包的外部函数的生命周期结束了，闭包所引用的自由变量仍会存在。
闭包在运行可以有多个实例。
尽量不要在闭包中引用循环变量，或者后续会发生变化的变量。

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