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說說 Python 中的閉包

萬皇之皇 >《IT互聯(lián)》

2018.01.19

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Python中的閉包不是一個一說就能明白的概念，但是隨著你往學(xué)習(xí)的深入，無論如何你都需要去了解這么一個東西。

閉包的概念

我們嘗試從概念上去理解一下閉包。

在一些語言中，在函數(shù)中可以（嵌套）定義另一個函數(shù)時，如果內(nèi)部的函數(shù)引用了外部的函數(shù)的變量，則可能產(chǎn)生閉包。閉包可以用來在一個函數(shù)與一組“私有”變量之間創(chuàng)建關(guān)聯(lián)關(guān)系。在給定函數(shù)被多次調(diào)用的過程中，這些私有變量能夠保持其持久性。
—— 維基百科)

用比較容易懂的人話說，就是當(dāng)某個函數(shù)被當(dāng)成對象返回時，夾帶了外部變量，就形成了一個閉包?？蠢印?/p>

def make_printer(msg):
    def printer():
        print msg  # 夾帶私貨（外部變量）
    return printer  # 返回的是函數(shù)，帶私貨的函數(shù)

printer = make_printer('Foo!')
printer()

支持將函數(shù)當(dāng)成對象使用的編程語言，一般都支持閉包。比如Python, JavaScript。

如何理解閉包

閉包存在有什么意義呢？為什么需要閉包？

我個人認(rèn)為，閉包存在的意義就是它夾帶了外部變量（私貨），如果它不夾帶私貨，它和普通的函數(shù)就沒有任何區(qū)別。同一個的函數(shù)夾帶了不同的私貨，就實(shí)現(xiàn)了不同的功能。其實(shí)你也可以這么理解，閉包和面向接口編程的概念很像，可以把閉包理解成輕量級的接口封裝。

接口定義了一套對方法簽名的約束規(guī)則。

def tag(tag_name):
    def add_tag(content):
        return '<{0}>{1}'.format(tag_name, content)
    return add_tag

content = 'Hello'

add_tag = tag('a')
print add_tag(content)
# Hello

add_tag = tag('b')
print add_tag(content)
# Hello

在這個例子里，我們想要一個給content加tag的功能，但是具體的tag_name是什么樣子的要根據(jù)實(shí)際需求來定，對外部調(diào)用的接口已經(jīng)確定，就是add_tag(content)。如果按照面向接口方式實(shí)現(xiàn)，我們會先把add_tag寫成接口，指定其參數(shù)和返回類型，然后分別去實(shí)現(xiàn)a和b的add_tag。

但是在閉包的概念中，add_tag就是一個函數(shù)，它需要tag_name和content兩個參數(shù)，只不過tag_name這個參數(shù)是打包帶走的。所以一開始時就可以告訴我怎么打包，然后帶走就行。

上面的例子不太生動，其實(shí)在我們生活和工作中，閉包的概念也很常見。比如說手機(jī)撥號，你只關(guān)心電話打給誰，而不會去糾結(jié)每個品牌的手機(jī)是怎么實(shí)現(xiàn)的，用到了哪些模塊。再比如去餐館吃飯，你只要付錢就可以享受到服務(wù)，你并不知道那桌飯菜用了多少地溝油。這些都可以看成閉包，返回來的是一些功能或者服務(wù)（打電話，用餐），但是這些功能使用了外部變量（天線，地溝油等等）。

你也可以把一個類實(shí)例看成閉包，當(dāng)你在構(gòu)造這個類時，使用了不同的參數(shù)，這些參數(shù)就是閉包里的包，這個類對外提供的方法就是閉包的功能。但是類遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于閉包，因?yàn)殚]包只是一個可以執(zhí)行的函數(shù)，但是類實(shí)例則有可能提供很多方法。

何時使用閉包

其實(shí)閉包在Python中很常見，只不過你沒特別注意這就是一個閉包。比如Python中的裝飾器Decorator，假如你需要寫一個帶參數(shù)的裝飾器，那么一般都會生成閉包。

為什么？因?yàn)镻ython的裝飾器是一個固定的函數(shù)接口形式。它要求你的裝飾器函數(shù)（或裝飾器類）必須接受一個函數(shù)并返回一個函數(shù)：

# how to define
def wrapper(func1):  # 接受一個callable對象
    return func2  # 返回一個對象，一般為函數(shù)

# how to use
def target_func(args): # 目標(biāo)函數(shù)
    pass

# 調(diào)用方式一，直接包裹
result = wrapper(target_func)(args)

# 調(diào)用方式二，使用@語法，等同于方式一
@wrapper
def target_func(args):
    pass

result = target_func()

那么如果你的裝飾器如果帶參數(shù)呢？那么你就需要在原來的裝飾器上再包一層，用于接收這些參數(shù)。這些參數(shù)（私貨）傳遞到內(nèi)層的裝飾器里后，閉包就形成了。所以說當(dāng)你的裝飾器需要自定義參數(shù)時，一般都會形成閉包。（類裝飾器例外）

def html_tags(tag_name):
    def wrapper_(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            content = func(*args, **kwargs)
            return '<{tag}>{content}'.format(tag=tag_name, content=content)
        return wrapper
    return wrapper_

@html_tags('b')
def hello(name='Toby'):
    return 'Hello {}!'.format(name)

# 不用@的寫法如下
# hello = html_tag('b')(hello)
# html_tag('b') 是一個閉包，它接受一個函數(shù)，并返回一個函數(shù)

print hello()  # Hello Toby!
print hello('world')  # Hello world!

關(guān)于裝飾器的更深入剖析，可以看我寫的另外一篇博客。

再深入一點(diǎn)

其實(shí)也不必太深入，理解這上面的概念，很多看起來頭疼的代碼也不過如此。

下面讓我們來了解一下閉包的包到底長什么樣子。其實(shí)閉包函數(shù)相對與普通函數(shù)會多出一個__closure__的屬性，里面定義了一個元組用于存放所有的cell對象，每個cell對象一一保存了這個閉包中所有的外部變量。

>>> def make_printer(msg1, msg2):
    def printer():
        print msg1, msg2
    return printer
>>> printer = make_printer('Foo', 'Bar')  # 形成閉包

>>> printer.__closure__   # 返回cell元組
(cell at 0x03A10930: str object at 0x039DA218>, cell at 0x03A10910: str object at 0x039DA488>)

>>> printer.__closure__[0].cell_contents  # 第一個外部變量
'Foo'
>>> printer.__closure__[1].cell_contents  # 第二個外部變量
'Bar'