Python 闭包

一、定义

python中的闭包从表现形式上定义(解释)为: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).这个定义是相对直白的,好理解的,不像其他定义那样学究味道十足(那些学究味道重的解释,在对一个名词的解释过程中又充满了一堆让人抓狂的其他陌生名词,不适合初学者)。下面举一个简单的例子来说明。

#闭包函数的实例
# outer是外部函数 a和b都是外函数的临时变量
def outer( a ):
    b = 10
    # inner是内函数
    def inner():
        #在内函数中 用到了外函数的临时变量
        print(a+b)
    # 外函数的返回值是内函数的引用
    return inner

if __name__ == '__main__':
    # 在这里我们调用外函数传入参数5
    #此时外函数两个临时变量 a是5 b是10 ,并创建了内函数,然后把内函数的引用返回存给了demo
    # 外函数结束的时候发现内部函数将会用到自己的临时变量,这两个临时变量就不会释放,会绑定给这个内部函数
    demo = outer(5)
    # 我们调用内部函数,看一看内部函数是不是能使用外部函数的临时变量
    # demo存了外函数的返回值,也就是inner函数的引用,这里相当于执行inner函数
    demo() # 15

    demo2 = outer(7)
    demo2()#17

二、使用闭包注意事项

1.闭包中是不能修改外部作用域的局部变量的
>>> def foo(): 
...     m = 0
...     def foo1(): 
...         m = 1
...         print m 
... 
...     print m 
...     foo1() 
...     print m 
...
>>> foo()
0
1
0

从执行结果可以看出,虽然在闭包里面也定义了一个变量m,但是其不会改变外部函数中的局部变量m。

在基本的python语法当中,一个函数可以随意读取全局数据,但是要修改全局数据的时候有两种方法:1 global 声明全局变量 2 全局变量是可变类型数据的时候可以修改

在闭包内函数也是类似的情况。在内函数中想修改闭包变量(外函数绑定给内函数的局部变量)的时候:

1 在python3中,可以用nonlocal 关键字声明 一个变量, 表示这个变量不是局部变量空间的变量,需要向上一层变量空间找这个变量。

2 在python2中,没有nonlocal这个关键字,我们可以把闭包变量改成可变类型数据进行修改,比如列表。

#修改闭包变量的实例
# outer是外部函数 a和b都是外函数的临时变量
def outer( a ):
    b = 10  # a和b都是闭包变量
    c = [a] #这里对应修改闭包变量的方法2
    # inner是内函数
    def inner():
        #内函数中想修改闭包变量
        # 方法1 nonlocal关键字声明
        nonlocal  b
        b+=1
        # 方法二,把闭包变量修改成可变数据类型 比如列表
        c[0] += 1
        print(c[0])
        print(b)
    # 外函数的返回值是内函数的引用
    return inner

if __name__ == '__main__':

    demo = outer(5)
    demo() # 6  11

从上面代码中我们能看出来,在内函数中,分别对闭包变量进行了修改,打印出来的结果也确实是修改之后的结果。以上两种方法就是内函数修改闭包变量的方法。

2.python循环中不包含域的概念。
flist = []

for i in xrange(3):
    def func(x):
        return x*i
    flist.append(func)

for f in flist:
    print f(2)

按照大家正常的理解,应该输出的是0, 2, 4对吧?但实际输出的结果是:4, 4, 4. 原因是什么呢?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。
其实修改方案也挺简单的:

# avoid closures and use default args which copy on function definition
for i in xrange(3):
    def func(x, i=i):
        return x*i
    flist.append(func)

# or introduce an extra scope to close the value you want to keep around:
for i in xrange(3):
    def makefunc(i):
        def func(x):
            return x*i
        return func
    flist.append(makefunc(i))

# the second can be simplified to use a single makefunc():
def makefunc(i):
    def func(x):
        return x*i
    return func
for i in xrange(3):
    flist.append(makefunc(i))

# if your inner function is simple enough, lambda works as well for either option:
for i in xrange(3):
    flist.append(lambda x, i=i: x*i)

def makefunc(i):
    return lambda x: x*i
for i in xrange(3):
    flist.append(makefunc(i))


for f in flist:
    print f(2)

在func外面再定义一个makefunc函数,func形成闭包,结果就正确了。

3. 闭包的作用

闭包可以保存当前的运行环境,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。 这里需要说明的是,每次运动的起点都是上次运动结束的终点。

参考代码:

origin = [0, 0] # 坐标系统原点 
legal_x = [0, 50] # x轴方向的合法坐标 
legal_y = [0, 50] # y轴方向的合法坐标 
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],原因在上文有说过 
        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 

输出为:

[10, 0] 
[10, 20] 
[0, 20] 
参考连接:
  1. Closure (computer programming)

  2. About python closure

  3. Python中的闭包实例详解python脚本之家

  4. 深入浅出python闭包

  5. 谈谈自己的理解:python中闭包,闭包的实质

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