【从零学习python 】31.深入理解Python中的高阶函数和闭包

高阶函数

在Python中，函数其实也是一种数据类型。

def test():
    return 'hello world'

print(type(test))  # 

函数对应的数据类型是 function，可以把它当做是一种复杂的数据类型。

既然同样都是一种数据类型，我们就可以把它当做数字或者字符串来处理。

定义一个变量指向函数

在Python中，我们还可以定义一个变量，让它来指向一个函数，相当于给函数起了一个别名。

def test():
    return 'hello wrold'

fun = test   # 定义了一个变量fun,让它指向了 test 这个函数
print(fun())   # 使用fun()可以直接调用test这个函数

print(id(fun))  # 1819677672040
print(id(test))  # 1819677672040

注意：在定义一个变量表示一个函数时，函数后面不能加括号！加括号表示的是调用这个函数。

def test():
    return 'hello world'

result = test()   # 这种写法是调用test函数，并把函数的返回值赋值给result变量
print(result())   # 这里会报错  TypeError: 'str' object is not callable

fun = test   # 这种写法是给test函数起了一个别名，注意，这里的test后面不能加()
fun()        # 可以使用别名调用这个函数

高阶函数

既然变量可以指向函数，函数的参数能接收变量，那么一个函数就可以接收另一个函数作为参数，同样，我们还可以把一个函数当做另一个函数的返回值。这种函数的使用方式我们称之为高阶函数。

函数做为另一个函数的参数

def test(age, action):
    if age < 18:
        print('您还没满十八岁，请退出')
    action()   # 把参数action直接当做一个函数来调用

def smoke():
    print('我已经年满十八岁了，我想抽烟')

my_action = smoke  # 定义一个变量my_action，让它指向smoke函数
test(21, my_action)  # 将my_action传给test函数作为它的参数

test(21, smoke)  # 还可以不再定义一个新的变量，直接传入函数名

函数作为另一个函数的返回值

def test():
    print('我是test函数里输入的内容')

def demo():
    print('我是demo里输入的内容')
    return test  # test 函数作为demo函数的返回值

result = demo()  # 我是demo里输入的内容  调用 demo 函数，把demo函数的返回值赋值给 result
print(type(result)) #   result 的类型是一个函数

result() # 我是demo里输入的内容    我是test函数里输入的内容   既然result是一个函数，那么就可以直接使用() 调用这个函数

demo()()  # 我是demo里输入的内容    我是test函数里输入的内容

闭包

函数只是一段可执行代码，编译后就“固化”了，每个函数在内存中只有一份实例，得到函数的入口点便可以执行函数了。函数还可以嵌套定义，即在一个函数内部可以定义另一个函数，有了嵌套函数这种结构，便会产生闭包问题。

函数嵌套

在函数里面还可以定义函数，可以嵌套多层，执行需要被调用。

def outer():
    print('outer----hello')
    def inner():  # inner这个函数是在outer函数内部定义的
        print('inner----hello')
    inner()  # inner函数只在outer函数内部可见

outer()
# inner()  这里会报错，在outer函数外部无法访问到inner函数

什么是闭包

闭包是由函数及其相关的引用环境组合而成的实体(即：闭包=函数块+引用环境)。

def outer(n):
    num = n
    def inner():
        return num+1
    return inner

print(outer(3)())  # 4
print(outer(5)())  # 5

在这段程序中，函数 inner 是函数 outer 的内嵌函数，并且 inner 函数是outer函数的返回值。我们注意到一个问题：内嵌函数 inner 中引用到外层函数中的局部变量num，Python解释器会这么处理这个问题呢？先让我们来看看这段代码的运行结果，当我们调用分别由不同的参数调用 outer 函数得到的函数时，得到的结果是隔离的(相互不影响)，也就是说每次调用outer函数后都将生成并保存一个新的局部变量num，这里outer函数返回的就是闭包。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)。

修改外部变量的值

闭包里默认不能修改外部变量。

def outer(n):
    num = n
    def inner():
        num = num + 1
        return num
    return inner

print(outer(1)())

上述代码运行时会报错！

UnboundLocalError: local variable 'num' referenced before assignment

原因分析

在python里，只要看到了赋值语句，就会认为赋值语句的左边是一个局部变量。num = num + 1 这段代码里，num 在=的左边，python解析器会认为我们要修改inner函数里num这个局部变量，而这个变量使用之前是未声明的，所以会报错。

解决方案

我们分析过，报错的原因在于当我们在闭包内修改外部变量时，会被python解析器误会为内部函数的局部变量。所以，解决方案就在于，我们需要想办法，让解析器知道我们不是要修改局部变量，而是要修改外部变量。

解决方法：使用 nonlocal 关键字

def outer(n):
    num = n
    def inner():
        nonlocal num  # 修改前使用nonlocal关键字对 num 变量进行说明
        num = num + 1
        return num
    return inner

print(outer(2)())

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