Python进阶(二)

博客链接：http://inarrater.com/2016/07/03/pythonadvance2/

这一部分是关于Python的Callable。在Stackoverflow上有一个专门的问题叫做“What is a "callable" in Python”，高票回答中说：

A callable is anything that can be called.

这个回答很抽象，大雄从更具体的角度来阐述Callable这个概念——在Python中哪些是callable的？

• function
• closure
• bound method
• unbound method
• class method
• static method
• functor
• operator
• class

先说答案，很明显，列出的这些都是callable的。这些概念中的大部分我在工作中都有使用，包括比如closure的坑也帮助新同学调试bug的时候看到新入职的同学自己踩到过，但是对于bound method和unbound method这些概念还不是很清晰。我们也一个个来看。

3. Closure

Closure，闭包，在Python中本质上是一个函数，或者更具体来说它和Function的区别是它包含了Code和Environment，而Python中Environment又可以分为globals、locals和cells三部分。
globals和locals比较容易理解，其实就是两个dict，分别保存了全局变量和局部变量，那这个cells是什么？我们先来看一个非常经典的例子：

def foo():
    logout_lst = []

    for i in xrange(5):
        def logout():
            print i
        logout_lst.append(logout)

    for l in logout_lst:
        l()

foo()

思考：这段代码的输出是什么？

分析一下这段代码，虽然这里为了方便演示，构造了一个只有print的逻辑，你可能会质疑它的作用，但是在我们开发的过程中，就有同学在循环内部定义了类似的闭包用于引擎回调的调用，引用了外部了一个类似i的变量。例子中，在foo的函数内部，代码def logout()定义了一个闭包（写到这里让我想起了遥远的过去写JAVA代码时使用的Inner Class），然后我们想使用外部变量i的值，这里只是把它输出出来，通常我们想要输出的结果是打印0、1、2、3、4这几个数字，当然中间有换行，但是最终的输出结果是什么呢？
5个4！
为什么呢？我们来添加一些输出日志来查看一下，为了方便看输出，我们只循环两次来看，修改后的代码如下：

def foo():
    logout_lst = []

    for i in xrange(2):
        def logout():
            print "i:", i, id(i)
            print "globals:", globals()
            print "locals:", locals()
        logout_lst.append(logout)

    for l in logout_lst:
        l()
        print "Cells:", l.__closure__, id(l.__closure__[0].cell_contents)
        print ''

foo()

输出的结果如下：

i: 1 35882616
globals: {'__builtins__': , '__file__': 'F:\\David\\narrator.py', '__package__': None, '__name__': '__main__', 'foo': , '__doc__': None}
locals: {'i': 1}
Cells: (,) 35882616

i: 1 35882616
globals: {'__builtins__': , '__file__': 'F:\\David\\narrator.py', '__package__': None, '__name__': '__main__', 'foo': , '__doc__': None}
locals: {'i': 1}
Cells: (,) 35882616

首先打印一下i的值与i这个变量的id，你可以认为这是i在Python虚拟机中的唯一编号，两次输出它的值都是1，id也都是一个35882616，然后输出一下globals和locals看一下，这两个很简单，不做分析了。最后通过__closure属性来看下闭包的内容：

Cells: (,)

这就是前面说的cells，它是一个cell对象，里面的内容有一个int对象，通过cell_contents属性可以查看到它的id是35882616，和i是一样的。
可以看出，cells就是对于up-values的引用（references），注意，引用！
那之前的输出就很容易理解了，引用，当后面调用闭包执行的时候，i变量值已经变成了4，那输出i自然每次都是4。
最后，如何修改可以让你的代码可以按照之前的计划正常执行呢？很简单，不要直接使用cells中的值，而是用一个参数来让它变成参数，就是定义这个闭包的时刻的值了。

def foo():
    logout_lst = []

    for i in xrange(2):
        def logout(x = i):
            print "x:", x, id(x)
            print "globals:", globals()
            print "locals:", locals()
        logout_lst.append(logout)

    for l in logout_lst:
        l()
        print "Cells:", l.__closure__
        print ''

foo()

输出结果：

x: 0 37062276
globals: {'__builtins__': , '__file__': 'F:\\David\\narrator.py', '__package__': None, '__name__': '__main__', 'foo': , '__doc__': None}
locals: {'x': 0}
Cells: None

x: 1 37062264
globals: {'__builtins__': , '__file__': 'F:\\David\\narrator.py', '__package__': None, '__name__': '__main__', 'foo': , '__doc__': None}
locals: {'x': 1}
Cells: None

此处，cells的内容变为了None，输出的结果也是0和1，它们的id自然也不同。其实参数也可以写成def logout(i = i):，内部可以使用i，但是这会造成一些困扰，个人不推荐这么写。

思考：那么你以为这个坑就踩完了吗？有没有哪里还可能存在问题？

def logout(x = i):这种定义虽然用在闭包里，但是其实是函数的默认参数，那么默认参数如果使用list、dict或者python object等这样mutable的值会怎样？这自然是另外一个入门级的坑：

背景： 不建议在函数默认参数中使用mutable value，而保证只使用immutable value。

但有时候为了解决一个坑，可能不小心踩入另外一个坑。如果这里使用了，比如一个list对象作为参数，那么创建出来的这几个闭包中的x都引用的会是同一个对象，而且，在任何一个闭包多次调用的时候，x的值都是同一个对象的引用。如果像例子中是只读的逻辑的话，可能没有问题，如果后面有人添加了修改的逻辑，那就呵呵呵呵了。可能会乱成一锅粥，出现各种神奇的现象，写这样逻辑的人自求多福吧。

总结：理解闭包的概念，理解引用的概念，编写代码保持思路清晰，明确自己使用的变量存在在哪里，是一件非常非常重要的事情，对团队开发中避免匪夷所思令人抓狂的Bug很有帮助！

这一部分只讲闭包这一个点，其实关于闭包还有很多知识点，有兴趣的可以自己查阅相关资料。第三部分讲解bound method和unbound method，这是我这次课程最喜欢的部分。

PS: 很多坑，你看过文章介绍，或者听同事讲过，但是写代码的时候有时还是会由于当时思路的混乱而饶进去，重新踩一遍，这往往难以避免，不亲身经历的坑思维上很难那么敏感。经验学习和知识积累的作用，是让你从坑中往外爬的时候更快一些，回头看那些坑印象更深刻一些。

2016年7月2日于杭州网易大厦