Closures
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内函数最重要的一个特性是会自动执行闭包操作。我们都知道内层函数可以引用外层函数的局部变量(或参数)，这些被内层函数引用的非局部变量会被绑定到内层函数的 __closure__ 属性中。将非局部变量绑定到内层函数中的过程被称为"闭包"，经历过闭包操作的函数被称为"闭包函数"，被绑定的非局部变量被称为闭包函数的"自由变量"。
def sum_(): # sum_ 是外函数
x = 1
y = 2
def inner(): # inner 是内函数
return x + y # x和y是自由变量
# 内函数经历过闭包，其__closure__属性是由cell组成的元组
print("__closure__:", inner.__closure__)
print("cell_contents:", inner.__closure__[0].cell_contents)
sum_()
print(sum_.__closure__)
'''Out:
__closure__: (, | )
cell_contents: 1
None
'''
| | 函数对象的 __closure__ 属性与闭包操作相关，如果某个函数经历过闭包的话(比如，inner)，那么该属性的值是一个由 cell 对象组成的元组；否则是 None (比如，sum_)。cell 对象的 cell_contents 属性用于绑定自由变量的值。
函数对象作返回值
函数在 Python 中是第一类对象，可作为另一个函数的返回值(注意，被返回的是函数对象，并且函数对象在返回过程中不会被执行)。现在我们来考虑如下例子：
def generate_power(power):
def nth_power(number):
return number ** power
return nth_power
'''
>>> two_power = generate_power(2) # 仅返回函数对象
>>> two_power(5) # 调用被返回的函数对象
25
>>> three_power = generate_power(3)
>>> three_power(4)
64
'''
内函数被返回后，虽然外函数的生命周期已结束，但由于内函数经历过闭包，所以内函数中已绑定了自由变量。因此，从外部调用内函数时，power 参数依旧可用。
另外，内函数是在外函数被调用后才被创建的，所以每次返回的内函数均有不同的 id。即便使用相同的参数调用外层函数，也是如此。
>>> two_power = generate_power(2)
>>> two_power_ = generate_power(2)
>>> two_power is two_power_
False # 即便参数相同，也会返回两个不同id的函数
当我们在外部调用内函数时，外层函数已执行完毕，自由变量均处于外函数执行完毕时的状态。也就是说，如果我们在创建内函数后，又修改过自由变量的话，当我们在外部调用内函数时，会使用已被修改过的自由变量。考虑下面的示例：
def count():
funcs = []
for i in [1, 2, 3]: # 每次循环均会修改自由变量i
# 每次循环都会创建一个内函数，并将其保存到funcs中
def f():
return i
funcs.append(f)
return funcs
# count执行完毕时，变量i的值是3，所以三个函数对象对象中的i都等于3
"""
>>> f1, f2, f3 = count()
>>> f1(), f2(), f3()
(3, 3, 3)
"""
i 是内函数 f 的自由变量，在外函数退出时等于 3。当我们调用 funcs 列表中存放的内函数时，由于自由变量 i 的值是 3，所以内函数的返回值也都是 3。因此，我们应避免在闭包函数中引用将来会发生变化的自由变量。如果非要使用这样的变量，可采用如下方案：再创建一层函数，通过调用该层函数来锁定最内层函数的自由变量。
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
"""
>>> f1, f2, f3 = count()
>>> f1(), f2(), f3()
(1, 2, 3)
"""
模拟类和实例
"闭包操作"可将函数和数据环境(自由变量)进行绑定，这一点与类非常相似。我们可以利用闭包操作来模拟类和实例。一般来说，当类中只有一个方法时，换用闭包函数是更好的选择。
下面这个类，用于求解定点间的距离：
from math import sqrt
class 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
pt = Point(7, 2)
print(pt.get_distance(10, 6)) # Out: 5.0
用闭包操作实现上面的类：
def point(x, y):
def get_distance(u, v):
return sqrt((x - u) ** 2 + (y - v) ** 2)
return get_distance
pt = point(7, 2)
print(pt(10, 6)) # Out: 5.0
可见，闭包比类更加简洁。
参考
- Python Inner Functions—What Are They Good For?
- 一步一步教你认识Python闭包 - PYTHON之禅
- Python 的闭包和装饰器 - Python 学习之旅
- 闭包 - Python 之旅