Python学习笔记之闭包

闭包是函数式编程的重要语法结构，Python是以函数对象为基础的，为闭包这一语法结构提供支持。在学习的起初，我也不是很理解闭包，经过查询资料和阅读他人博客后，对闭包有了一点见解，把它写出来，需要的朋友可以参考，如果发现不足之处，希望大家指出。

什么是闭包

闭包(Closure)是词法闭包(Lexical Closure)的简称，是引用了自由变量(或者称为环境变量)的函数。这个被引用的自然变量将和这个函数一同存在，即使离开了创造它的环境也不例外。

初步理解：闭包 = 函数 + 自然变量

那么这里的函数具体是指什么呢？自然变量又是什么呢？这两个概念先放在这个，等到我们有了一定的基础后理解它就比较容易啦。

内嵌函数

要理解闭包，我们得知道内嵌函数，那么内嵌函数又是什么呢？

内嵌函数是指在一个函数体内创建另一个函数。新创建的函数称为内嵌函数，原来的函数被称为外部函数

def line_conf():
    def line(x):
        return 2*x + 1
    print line(5)

在上面的函数中，line_conf()称为外部函数，line()称为内嵌函数。内嵌函数存在于外部函数体内，除了外部函数体内，其他地方都不能对其调用。

Python中的命名空间(namespace)

在真正地认识闭包之前，我们简单了解一下Python的namespace，有助于我们理解后面的变量。

Python中通过namespace提供重名函数、变量等信息的识别。共有三种namespace,分别为：

• local namespace: 作用范围为当前函数或类方法。
• global namespace: 作用范围为当前模块
• build-in namespace: 作用范围为所有模块

当函数、变量等信息发生重名时，Python会按照"local namespace -> global namespace -> build-in namespace"的顺序进行搜索用户所需元素，并且以第一个找到此元素的namespace为准。

Python中的内建函数locals()和globals()可以查看不同namespace中定义的元素。

内嵌函数的深入

函数对象的作用域与def所在的层次相同，函数是一个对象，可以作为某个函数的返回结果。

下面这段代码是接近闭包的一个构造：

# eg1
>>> def line_conf():
        def line(x):
            return 2*x + 1
        return line

>>> my_line = line_conf()
>>> my_line(5)
11

闭包的创建

# eg2
>>> def line_conf():
        'this is ture closure.'
        b = 15
        def line(x):
            return 2*x + 1
        return line

>>> my_line = line_conf()
>>> my_line(3)
7

通过对比eg2和eg1的代码发现,在函数line_conf中，eg2比eg1多了一个变量。其实，这个变量就是闭包中一个重要的组成：自由变量。

自由变量：定义在外部函数内的，但由内嵌函数引用或使用的变量。

即闭包 = 自由变量 + 内嵌函数

重新审视下上面的代码，函数line_conf()是外部函数，变量b是自由变量，函数line()是内嵌函数，只能在外部函数line_conf()体内调用函数line()。line()函数访问了non_local的自由变量"b",自由变量"b"并没有随着外部函数的退出而销毁，反而是生命周期得到了延长。

closure属性

在Python中，我们可以通过函数对象的closure属性查看闭包的一些细节，也可以理解为什么自由变量没有随着外部函数的退出而销毁。

>>> def line_conf():
    b =15
    def line(x):
        return 2 * x + b
    return line
>>> my_line = line_conf()
>>> print my_line.__closure__
(,)
>>> print my_line.__closure__[0].cell_contents
15

通过调试结果看出，closure里包含一个元组，这个元组的每个元素都是cell类型的对象，第一个cell包含的就是我们创建闭包时的自由变量b的取值。

闭包的总结

闭包是函数式编程的重要语法结构，函数式编程和面向过程以及面向对象编程一样都是编程范式，面向过程编程中的函数，面向过程编程中的对象和闭包的相同点是：以某种逻辑方式组织代码，实现代码的可重复性使用。

闭包的特性：

• 闭包函数必须有内嵌函数
• 内嵌函数需要引用外部函数中的变量
• 闭包函数必须返回内嵌函数

注意：我们在写闭包时，不要在内嵌函数中对自由变量进行赋值操作，至少在Python2.x中不可以。会出现UnbundLocalError错误。