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Python基礎之閉包

一.閉包的定義:

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在一個函數的內部,再定義一個函數(內部函數)。這個內部函數引用了外部函數的變量,并且外部函數返回這個內部函數, 我們把這個使用外部函數變量的內部函數稱為 閉包 。

簡而言之, 閉包就是能夠讀取外部函數內的變量的函數。

例如:

形成閉包的兩個條件:

二.閉包的用途

① 可以讀取函數內部的變量

② 將一些變量的值始終保存到內存中

1.讀取函數內部的變量

在一般情況下,在函數外部我們是不能訪問到函數內部的變量的。但是, 有時想要在函數外部能夠訪問到函數內部的變量,那么就可以使用閉包。

例如:

上面的代碼可以看出,print(a)會拋異常NameError: name 'a' is not defined。在函數f1的外面無法訪問它的變量的。

在函數f1里面定義一個閉包函數就可以訪問到了

例如:

2.將一些變量的值始終保存到內存中

運行結果:

通過上面的輸出結果可以看出閉包保存了外部函數內的變量n1的值1,每次執(zhí)行閉包都是在n1 = 1 基礎上進行計算的。

三.閉包的缺點

1. 由于閉包會使得函數中的變量都被保存在內存中,會增加 內存消耗 ,所以不能濫用閉包,否則會造成程序的性能問題,可能導致內存泄露

2. 閉包無法改變外部函數局部變量指向的內存地址

3. 返回閉包時,返回函數不要引用任何循環(huán)變量,或者后續(xù)會發(fā)生變化的變量

四.判斷一個函數是否是閉包

判斷一個函數是不是閉包,可以查看它的 closure 屬性。如果該函數是閉包,查看該屬性將會返回一個cell對象組成的tuple。如果我們分別對每個cell對象查看其cell_contents屬性,返回的內容就是閉包引用的自由變量的值。

運行結果:

閉包的__closure__方法,可以展示出閉包儲存了外部函數的兩個變量,cell的內存地址是什么,在cell里面儲存的對象類型是int,這個int儲存的內存地址是什么。

閉包的__closure__方法,可以查看每個cell對象的內容

運行結果:

cell_contents解釋了局部變量在脫離函數后仍然可以在函數之外被訪問的原因,因為變量被存儲在cell_contents中了。

Python嵌套函數和閉包

在Python語言中,可以在函數中定義函數。 這種在函數中嵌套定義的函數也叫內部函數。我們來看下面的代碼:

上述代碼中,定義了函數greet,在函數greet內部又定義了一個函數inner_func, 并調用該函數打印了一串字符。

我們可以看到,內部函數inner_func的定義和使用與普通函數基本相同。需要注意的是變量的作用域,在上述代碼中,函數參數name對于全局函數greet是局部變量,對內部函數inner_func來說則是非局部變量。內部函數對于非局部變量的訪問規(guī)則類似于標準的外部函數訪問全局變量。

從這個例子我們還可以看到內部函數的一個作用,就是通過定義內部函數的方式將一些功能隱藏起來,防止外部直接調用。常見的場景是,在一個復雜邏輯的函數中,將一些小的任務定義成內部函數,然后由這個外層函數使用,這樣可以使代碼更為清晰,易于維護。這些內部函數只會在這個外層函數中使用,不能被其他函數或模塊使用。

在Python語言中, 函數也是對象,它可以被創(chuàng)建、賦值給變量,或者作為函數的返回值。我們來看下面這個例子。

在上述代碼中,在函數gen_greet內部定義了inner_func函數,并返回了一個inner_func函數對象。外部函數gen_greet返回了一個函數對象,所以像gen_greet這樣的函數也叫工廠函數。

在內部函數inner_func中,使用了外部函數的傳參greet_words(非局部變量),以及函數的參數name(局部變量),來打印一個字符串。

接下來,調用gen_greet("Hello")創(chuàng)建一個函數對象say_hello,緊接著調用say_hello("Mr. Zhang"),輸出的結果為:Hello, Mr. Zhang!

同樣的,調用gen_greet("Hi")創(chuàng)建一個函數對象say_hi,調用say_hello("Mr. Zhang"),輸出的結果為:Hi,Tony!

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

那么閉包是如何實現的呢?其實并不復雜,函數對象中有一個屬性__closure__,它就是在創(chuàng)建函數對象時用來保存這些非局部變量的。

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

函數的嵌套所實現的功能大都可以通過定義類的方式來實現,而且類是更加面向對象的代碼編寫方式。

嵌套函數的一個主要用途是實現函數的裝飾器。我們看下面的代碼:

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

代碼中接下來用@logger對函數power_func進行修飾,它的作用等同于下面的代碼:

可見,裝飾器@符其實就是上述代碼的精簡寫法。

通過了解了嵌套函數和閉包的工作原理,我們在使用過程中就能夠更加得心應手了。

求幫助,Python閉包和返回函數問題

(1)unpack tuple和list, 可以讓函數返回多個值

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)假設你知道Python的dict類型。Python中,在函數中定義一個變量的時候,會在一個隱藏的叫l(wèi)ocals的dict里面插入key-value,其中key是變量名,value是變量值。而引用一個變量的時候,則首先會在這個叫l(wèi)ocals的dict里面,根據變量名作為key,去查對應的值。

var = 1 # 你可以認為這里進行了 locals['var'] = 1 的操作

print var # 在對var變量進行求值的時候,就在locals['var']里面找var變量對應的值

(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)`相當于在`print i`之前,進行了

`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`的時候,就變成 3 了。

(4)閉包是 一個函數加上這個函數引用的外部變量

var = 1

def f():

print var

# 這里的閉包是函數 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 f 和 f 引用的外部變量 var2

return f

拿第一個函數 f 來說。在 f 運行的時候,解釋器拿著'var'這個字符串去locals字典里面找,發(fā)現找不到,于是在closure字典里面找,最后closure字典里面找,你可以認為就是找closure['var'],然后發(fā)現找到對應的值。count里面的 f 函數同理。

(為了容易理解,我這里說謊了。實際上 f 壓根沒有closure,count里面的 f 才有。其實closure壓根不是像locals那樣的字典)

(5)函數定義時,函數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,只是一個字符串 'i' 。這句話運行完,locals['i'] = 1,就說 i 對應的值是1

def count():

fs = []

for i in range(1, 4):

# 定義一個函數,等價于運行了 locals['f'] = 真正生成的函數

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

def f():

return i * i # 引用了'i'這個名字,但并不是引用了'i'對應的值

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

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

fs.append(f)

# 于是這個for循環(huán)生成了三個函數,這三個函數是沒有名字的,這個函數運行完后,它們跟'f'這個名字就毛關系都沒有了(是的我說慌了,但可以先不管)

# 把整個列表返回,這個列表包含了三個函數

return fs

# count()返回三個函數的列表,unpack 列表的語法把列表中的三個函數抽出來,重新給他們命名為 f1, f2, f3

# 也就是說,

# locals['f1'] = 列表中的第1個函數

# locals['f2'] = 列表中的第2個函數

# locals['f3'] = 列表中的第3個函數

# 這三個函數跟'f'這個名字現在毛關系都沒有。(其實是有的,但為了說明需要簡化,現在你可以完全不管括號里面說的話)

f1, f2, f3 = count()

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

# 好了我們運行它們,輸入都是 9

# def f():

# return i * i

這是因為 f1 現在對應的函數,里面引用了 'i' 這個字符串,我們根據 'i '這個字符串去找它對應的值,先找到 f 當前的locals字典,發(fā)現沒有,因為函數定義的時候沒有定義 i 變量。然后再去closure['i']里面找,因為Python是通過closure字典實現閉包的(就當它是對的好不好),所以我們可以在closure['i']找到值,這個值就是我們上一次運行的時候count函數里面殘留的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

python什么是閉包 閉包的作用域

在函數中可以定義另一個函數時,如果內部的函數引用了外部的函數的變量,則可能產生閉包。

閉包可以用來在一個函數與一組私有變量之間創(chuàng)建關聯關系。

在給定函數被多次調用的過程中,這些私有變量能夠保持其持久性。

形成閉包的三個條件

必須有一個內嵌函數—這對應函數之間的嵌套;

內嵌函數必須引用一個定義在閉合范圍內的變量—內部函數引用外部變量;

外部函數必須返回內嵌函數—必須返回內部函數。

換句話來說:閉包的概念很簡單,一個可以引用在函數閉合范圍內變量的函數,即內部函數,只有那個內部函數才有所謂的__closure__屬性。

閉包的原理

形成閉包之后,閉包函數會獲得一個非空的_Closure_屬性,這個屬性是一個元組。

組里面的對象為cell對象,而訪問cell對象的cell_contents屬性則可以得到閉包變量的當前值。

而隨著閉包的繼續(xù)調用,變量會進行再次更新。由此可見,一般形成閉包之后,Python確定會將_closure_和閉包函數綁定作為儲存閉包變量的場所。

閉包的好處是什么?

其實,閉包并不是必須的。

沒有閉包的話,Python的功能不會受到任何影響;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的局部變量

在python中,函數可以被嵌套定義,也就是說,函數中可以定義函數。該函數還可以將其內部定義的函數作為返回值返回。

閉包的定義:一般來說,我們可以認為,如果一個函數可以讀取其他函數中的局部變量,那么它們就構成了閉包。

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,普通的函數是可以使用全局變量的

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

在閉包的使用中,我們可以先給外部的函數賦予不同的局部變量,然后再調用其中內部的函數時,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。從變量的作用域來說,一旦你嘗試修改全局變量,那么就會嘗試創(chuàng)建并使用一個同名的局部變量。因此,如果你需要在普通函數中修改全局變量,需要使用global

同樣的,如果你希望通過定義在內部的函數去修改其外部函數的變量,那么必須使用nonlocal


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