详解python中的闭包

2020-09-07 19:59:04 来源:易采站长站 作者:

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详解python中的闭包

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闭包的概念

我们尝试从概念上去理解一下闭包。
在一些语言中,在函数中可以(嵌套)定义另一个函数时,如果内部函数引用了外部函数的变量,则可能产生闭包。闭包可以用来在一个函数与一组“私有”变量之间创建关联关系。在给定函数被多次调用过程中,这些私有变量能够保持持久性。
用比较容易懂得人话说,就是当某个函数被当成对象返回时,夹带了外部变量,就形成了一个闭包。看下例子:

def make_printer(msg):
  def printer():
    print(msg) # 夹带私货(外部变量)
 
  return printer # 返回的是函数,带私货的函数
 
 
printer = make_printer("Foo!")
printer()

支持将函数当成对象使用的编程语言,一般都支持闭包。比如python,JavaScript。

如何理解闭包

闭包存在有什么意义呢?为什么需要闭包
我个人认为,闭包存在的意义就是它夹带了外部变量(私货),如果它不夹带私货,它和普通的函数就没有任何区别。同一个的函数夹带了不同的私货,就实现了不同的功能。其实你也可以这么理解,闭包和面向接口编程的概念很像,可以把闭包理解成轻量级的接口编程。
接口定义了一套对方法签名的约束法则。

def tag(tag_name):
  def add_tag(content):
    return "<{0}>{1}</{0}>".format(tag_name, content)
  return add_tag
 
content = "Hello"
 
add_tag = tag('a')
print(add_tag(content)) # <a>Hello</a>
 
add_tag = tag('b')
print(add_tag(content)) # <b>Hello</b>

在这个例子里,我们想要给content加tag功能,但是具体的tag_name是什么样子的要根据实际需求来定,对外部调用的接口已经确定,就是add_tag(content)。如果按照面向接口方式实现,我们会先把add_tag写成接口,指定其函数和返回类型,然后分别去实现a和b的add_tag。
但是在闭包的概念中,add_tag就是一个函数,它需要tag_name和content两个参数,只不过tag_name这个参数是打包带走的。所以一开始时就可以告诉我怎么打包,然后带走就行。
上面的例子不太生动,其实我们生活和工作中,闭包的概念也很常见。比如说手机拨号,你只关心电话打给谁,而不会去纠结每个 品牌的手机是怎么实现的,用到了哪些模块。再比如去餐馆吃饭,你只要付钱就可以享受到服务,你并不知道那桌饭菜用了多少地沟油。这些都可以看成闭包,返回来的是一些功能或服务(打电话,用餐),但是这些功能使用了外部变量(天线,地沟油等等)
你也可以把一个类实例看成闭包,当你在构造这个类时,使用了不同的参数,这些参数就是闭包里的包,这个类对外提供的方法就是闭包的功能。但是类远远大于闭包,因为闭包只是 一个可以执行的函数,但是类实例则有可能提供很多方法。

何时使用闭包

其实闭包在python中很常见,只不过你没特别注意这就是一个闭包。比如python中的装饰器Decorator,假如你需要写一个带参数的装饰器,那么一般都会生成闭包。
为什么?因为python的装饰器是一个固定的函数接口形式。它要求你的装饰器函数(或装饰器类)必须接受一个函数再返回一个函数:

# how to define
def wrapper(func1): # 接受一个callable对象
  return func1 # 返回一个对象,一般为函数
 
 
# how to use
def target_func(args): # 目标函数
  pass
 
 
# 调用方式1,直接包裹
result = wrapper(target_func("123"))
 
# 调用方式2,使用@语法,等同于方式1
@wrapper
def target_func(args):
  pass
 
result = target_func()

那么如果你的装饰器带参数呢?那么你就需要在原来的装饰器上再包一层,用于接收这些参数。这些参数(私货)传递到内层装饰器后,闭包就形成了。所以说当你的装饰器需要自定义参数时,一般都会形成闭包(类装饰器除外)

def html_tags(tag_name):
  def wrapper_(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
      content = func(*args, **kwargs)
      return "<{tag}>{content}</{tag}>".format(tag=tag_name, content=content)
    return wrapper
  return wrapper_
 
 
@html_tags('a')
def hello(name='Toby'):
  return "Hello {}!".format(name)
 
 
# 不用@的写法
# hello = html_tags('b')(hello)
# html_tags('b') 是一个闭包,它接受一个函数,并返回一个函数
 
print(hello()) # <a>Hello Toby!</a>
print(hello("world")) # <a>Hello world!</a>

再了解下闭包到底长什么样子。其实闭包函数相对于普通函数会多出一个__closure__的属性,里面定义了一个元组用于存放所以的cell对象,每个 cell对象一一保存了这个闭包中所有的外部变量。

def make_printer(msg1, msg2):
  def printer():
    print(msg1, msg2)
  return printer
 
 
printer = make_printer('Foo', 'Bar') # 形成闭包
 
print(printer.__closure__) # 返回cell元组
(<cell at 0x000002721C1D2138: str object at 0x000002721C1F2068>, <cell at 0x000002722B199CD8: str object at 0x000002721C1F20A0>)
print(printer.__closure__[0].cell_contents) # 第一个外部变量'Foo'
print(printer.__closure__[1].cell_contents) # 第二个外部变量'Bar'

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