python面試題之“該死的for循環(huán)系列”（二）

shiweifu 發(fā)布于2019-07-30 18:00 / 526人閱讀

摘要：到這里，如果你明白了，我們就可以繼續(xù)進(jìn)行下一步了理解匿名函數(shù)。

似乎只要一沾上for循環(huán)，難度立刻加倍，下面我們來看一道python的面試題：

要求寫出下面代碼的輸出結(jié)果并且解釋原因。

def multipliers():
    return [lambda x:i*x for i in range(4)]
print([m(2) for m in multipliers()])

這道題涉及的知識點包括以下幾個方面：

1、列表推導(dǎo)式
2、匿名函數(shù)
3、閉包函數(shù)
4、for循環(huán)對函數(shù)的迭代調(diào)用
5、閉包函數(shù)的調(diào)用

首先我們來說一下列表推導(dǎo)式，只有深入理解列表推導(dǎo)式，我們才能理解下面這句話到底干了些什么事情[lambda x:i*x for i in range(4)]
引用官方文檔中對于列表推導(dǎo)式的一個例子：squares = [x2 for x in range(10)] 這個列表推導(dǎo)式返回的結(jié)果為[0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]，for循環(huán)通過對range(10)進(jìn)行迭代后得到每個x的值，然后對它進(jìn)執(zhí)行x2的操作，最終結(jié)果為一個列表
那么如果不用列表推導(dǎo)式如何達(dá)到這個目的呢？答案如下，這個列表推導(dǎo)式等同于下面的代碼：

squares = []
for x in range(10):
    squares.append(x**2)

這段代碼執(zhí)行后，squares的結(jié)果一樣是[0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]，根據(jù)這個例子我們可以簡單地認(rèn)為列表推導(dǎo)式是這樣工作的：首先它會定義一個空列表，然后根據(jù)設(shè)定的條件得到一個一個的元素，同時把元素添加進(jìn)列表中。

現(xiàn)在回到我們這道題，來看一下本題中的[lambda x:i*x for i in range(4)]這個列表推導(dǎo)式，如果把它拆開來的話它等價于下面的這段代碼：

squares = []
for i in range(4):
    res = lambda x:i*x
    squares.append(res)

最終squares就是列表推導(dǎo)式的結(jié)果(一個列表)，然后我們再研究下這個列表中的元素都是什么。
到這里，如果你明白了，我們就可以繼續(xù)進(jìn)行下一步了——理解匿名函數(shù)。

匿名函數(shù)的關(guān)鍵字為lambda，表現(xiàn)形式為：lambda 參數(shù) : 返回值,lambda后面的參數(shù)就是函數(shù)的形參，冒號后面的表達(dá)式就是返回值。
比如：lambda a, b: a+b 這個簡單的匿名函數(shù)可以傳入兩個參數(shù)a和b，結(jié)果返回a+b，這里要記住，只有調(diào)用這個匿名函數(shù)，它才會執(zhí)行冒號后面的代碼，這也是函數(shù)的執(zhí)行法則，只有被調(diào)用時，函數(shù)內(nèi)部的命名空間才會生效，在被調(diào)用之前它就是一個函數(shù)名指向的內(nèi)存地址而已。

匿名函數(shù)雖然是匿名的，但是它也可以有名字，也可以作為一個結(jié)果賦值給任意的變量，所以它顯然可以成為一個函數(shù)的返回值，也可以變成一個列表的元素，只不過此時這個列表的元素是匿名函數(shù)對應(yīng)的內(nèi)存地址罷了。見下面的例子：

#匿名函數(shù)直接賦值給變量lam
lam = lambda a,b:a+b
#此時lam指向了匿名函數(shù)的內(nèi)存地址
print(lam)#此時的lam就是一個內(nèi)存地址： at 0x7fecdc6b7e18>
res = lam(2,5) #調(diào)用匿名函數(shù)，把結(jié)果賦值給res
print(res)

 at 0x7fecdc6b7e18>
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接下來我們說一下閉包，當(dāng)前函數(shù)引用到上一層函數(shù)的局部命名空間的變量時就會觸發(fā)閉包規(guī)則。我們說觸發(fā)了閉包的函數(shù)叫做閉包函數(shù)，但是要注意一點：只有當(dāng)調(diào)用閉包函數(shù)的時候它才會去引用外層函數(shù)的變量，因為在調(diào)用閉包函數(shù)之前，閉包內(nèi)部的命名空間還不存在。

然后我們回頭看這道題的代碼：

def multipliers():
    return [lambda x:i*x for i in range(4)]
print([m(2) for m in multipliers()])
#根據(jù)前面的敘述，我們可以把它改成容易理解的形式：
def multipliers():
    squares = []
    for i in range(4):
        res = lambda x:i*x
        squares.append(res)
    return squares
print([m(2) for m in multipliers()])

匿名函數(shù)lambda x:i*x引用了外層函數(shù)multipliers()的命名空間內(nèi)的變量i，所以它觸發(fā)了閉包規(guī)則，然后函數(shù)multipliers()的返回值是一個列表，這個列表的元素為四個閉包函數(shù)名指向的內(nèi)存地址，雖然for i in range(4)這段代碼里面的i的值分別被賦予了 0 1 2 3這四個值，但是閉包函數(shù)res并沒有引用這四個值，因為閉包函數(shù)此時此刻還沒有被真正調(diào)用，列表推導(dǎo)式僅僅是把四個匿名函數(shù)指向的內(nèi)存地址保存在了一個列表里，因為沒有調(diào)用，所以匿名函數(shù)內(nèi)部的代碼并沒有執(zhí)行，也就不存在引用。
所以函數(shù)multipliers()的返回值就是這樣的一個列表：[lambda x:ix,lambda x:ix,lambda x:ix,lambda x:ix]

我們來看最后一條語句print([m(2) for m in multipliers()])
for m in multipliers() 這條語句到底干了什么？其實它干的事情只有一個，那就是遍歷了函數(shù)multipliers()返回的列表，在遍歷列表的同時把每個匿名函數(shù)賦值給了m，把它拆分來看就是這樣：
m = lambda x:i*x
m = lambda x:i*x
m = lambda x:i*x
m = lambda x:i*x
并且每次都執(zhí)行了一次 m(2)，也就是每次都調(diào)用了一下匿名函數(shù)，注意：此時此刻匿名函數(shù)才真正被調(diào)用了，然后它會引用外層命名空間的變量i，那么此時i的值是多少呢？
因為for i in range(4)這個for循環(huán)已經(jīng)執(zhí)行完畢，i的值等于3，所以每次當(dāng)執(zhí)行m(2)時，i的值都等于3
所以每次調(diào)用m(2)的結(jié)果都是6
最終輸出結(jié)果為[6, 6, 6, 6]

def multipliers():
    return [lambda x:i*x for i in range(4)]
print([m(2) for m in multipliers()])

[6, 6, 6, 6]

把這道面試題中的所有列表推導(dǎo)式拆開的話它應(yīng)該是下面這個樣子，結(jié)果完全一樣：

def multipliers():
    squares = []
    for i in range(4):
        res = lambda x:i*x
        squares.append(res)
    return squares

#print(multipliers())，此時此刻如果我們打印一下這個函數(shù)，也就是調(diào)用一下看看返回結(jié)果，你會發(fā)現(xiàn)，它就是一個由四個函數(shù)內(nèi)存地址組成的列表：
"""[. at 0x7fecdc6de2f0>, 
 . at 0x7fecdc6de510>, 
 . at 0x7fecdc6de158>, 
 . at 0x7fecdc6de268>]"""

squares2 = []
for m in multipliers():
    squares2.append(m(2))
print(squares2)