Python中的闭包

今天我们来学习下Python中的闭包。

什么是闭包

当我们在外部函数中定义了一个内部函数，并且内部函数能够读取到外部函数内的变量，这种函数我们就称为闭包。简单来说，闭包就是能够读取外部函数内的变量的函数。闭包的架子大概是这样：

def demo_outer(x):
    def demo_inner(y):
        print("x的值：{}, y的值：{}, x + y 的值：{}".format(x, y, x + y))
    return demo_inner


do = demo_outer(12)
do(34)

上面代码执行结果如下：

x的值：12, y的值：34, x + y 的值：46

上面的闭包代码，和我们之前学习的装饰器类似，我们在外部函数 demo_outer 下定义了一个内部函数 demo_inner ，并且外部函数的返回值就是内部函数，同时在内部函数中，我们引用到了外部函数的变量 x ，而闭包的作用就是可以将外层函数的变量保存在内存中而不被销毁。

闭包的实例

我们先准备一个函数add()，每次调用该函数都只能传一个数 num ，每次返回的结果都是基于上一次结果的值 sum 进行累加操作。例如，sum的默认值为0，如果我们依次调用 add(10)、add(20)、add(30) 后，期望得到的最终结果是 sum = 60。

对于该问题，因为需要在函数内部对函数外部的变量进行处理，我们可能会考虑使用 global 来处理。

sum = 0


def get_add_sum(num):
    global sum
    sum += num
    return sum


print(get_add_sum(10))  # 输出：10
print(get_add_sum(20))  # 输出：30
print(get_add_sum(30))  # 输出：60

print(sum)  # 输出：60

上面代码中，我们在函数中通过全局变量 global 将 sum 声明为全局变量，最终返回的结果也符合我们的期望。但因为全局变量太灵活了，不同模块函数都能自由访问到全局变量，所以一般不推荐在函数内部中定义全局变量。

对于上面的问题，除了使用全局变量外，我们还可以通过 闭包 来实现。

sum = 0


def get_add_sum(sum):
    def add_num(num):
        nonlocal sum
        sum += num
        return sum
    return add_num


add = get_add_sum(sum)
print(add(10))  # 输出：10
print(add(20))  # 输出：30
print(add(30))  # 输出：60

print(sum)  # 输出：0

在上面的闭包函数中，定义了外层函数和内层嵌套函数，执行过程中，调用外层函数 get_add_sum 返回的就是内层嵌套函数 add_num ，因为Python中函数也是对象，所以可以直接返回 add_num 。

而在内层嵌套函数中则实现了我们想要的累加操作，在这里我们需使用关键字 nonlocal 来声明外层函数中的变量，否则无法对外层函数中的变量进行修改，其作用域只在闭包函数里面，所以当我们在最后打印 sum 最终结果，输出的仍然是其初始值 0 。

我们再来看一个例子：

def outer():
    res = []
    for i in range(3):
        print("外部的i值：{}".format(i))
        def inner(x):
            print("内部的i值：{}".format(i))
            return i + x
        res.append(inner)
    return res


temp = outer()
res = [i(10) for i in temp]
print(res)

上面代码的执行结果如下：

外部的i值：0
外部的i值：1
外部的i值：2
内部的i值：2
内部的i值：2
内部的i值：2
[12, 12, 12]

可以看到 res 的结果并不是 [10, 11, 12] ，因为 i 是外层函数的变量，并且其值是按 0，1，2 变化，因为该函数中无法保存外层函数的变量，故对于内部函数，其实际只能访问到最后外部变量的值 2 ，导致最终结果为：[12, 12, 12]。

在这里，我们可以使用闭包来保存函数的外部变量，修改代码如下：

def outer(i):
    print("外部的i值：{}".format(i))
    def inner(x):
        print("内部的i值：{}".format(i))
        return i + x
    return inner


def demo():
    res = []
    for i in range(3):
        res.append(outer(i))
    return res


temp = demo()
res = [i(10) for i in temp]
print(res)

上面代码的执行结果如下：

外部的i值：0
外部的i值：1
外部的i值：2
内部的i值：0
内部的i值：1
内部的i值：2
[10, 11, 12]

闭包和装饰器的区别

在Python中，闭包传递的参数是变量，装饰器传递的参数是函数对象，它们只是在传参内容上有不同。那么装饰器是不是属于闭包的一种呢，我们要怎么判断一个函数是否是闭包呢？

我们可以打印 闭包 和 装饰器 的属性 __closure__，如果一个函数是闭包，那么查看该属性将会返回一个cell对象组成的tuple对象。

def demo_outer(x):
    """
    闭包
    """
    def demo_inner(y):
        print("x的值：{}, y的值：{}, x + y 的值：{}".format(x, y, x + y))
    return demo_inner


def demo_decorator(func):
    """
    装饰器
    """
    def wrapper(*args, **kwargs):
        return func(*args, **kwargs)
    return wrapper


@demo_decorator
def method():
    pass


do = demo_outer(5)  # 闭包
print("闭包的属性：{}".format(do.__closure__))

dd = demo_decorator(method)  # 装饰器
print("装饰器的属性：{}".format(dd.__closure__))

执行结果如下：

闭包的属性：(<cell at 0x0000023F48C3C8E8: int object at 0x00007FF92017D4A0>,)
装饰器的属性：(<cell at 0x0000023F48C3C8B8: function object at 0x0000023F48CB97B8>,)

所以结合上面的结果，我们也可以这样理解：装饰器本质上就是一个闭包函数，它只是一个传递函数对象的闭包函数。