Python: 攜帶狀態(tài)的閉包

daryl 發(fā)布于2019-07-31 10:53 / 1048人閱讀

閉包

在 Python 中，函數(shù)也是一個對象。因此，我們在定義函數(shù)時，可以再嵌套定義一個函數(shù)，并將該嵌套函數(shù)返回，比如：

from math import pow

def make_pow(n):
    def inner_func(x):     # 嵌套定義了 inner_func
        return pow(x, n)   # 注意這里引用了外部函數(shù)的 n
    return inner_func      # 返回 inner_func

上面的代碼中，函數(shù) make_pow 里面又定義了一個內(nèi)部函數(shù) inner_func，然后將該函數(shù)返回。因此，我們可以使用 make_pow 來生成另一個函數(shù)：

>>> pow2 = make_pow(2)  # pow2 是一個函數(shù)，參數(shù) 2 是一個自由變量
>>> pow2

>>> pow2(6)
36.0

我們還注意到，內(nèi)部函數(shù) inner_func 引用了外部函數(shù) make_pow 的自由變量 n，這也就意味著，當(dāng)函數(shù) make_pow 的生命周期結(jié)束之后，n 這個變量依然會保存在 inner_func 中，它被 inner_func 所引用。

>>> del make_pow         # 刪除 make_pow
>>> pow3 = make_pow(3)
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
NameError: name "make_pow" is not defined
>>> pow2(9)     # pow2 仍可正常調(diào)用，自由變量 2 仍保存在 pow2 中
81.0

像上面這種情況，一個函數(shù)返回了一個內(nèi)部函數(shù)，該內(nèi)部函數(shù)引用了外部函數(shù)的相關(guān)參數(shù)和變量，我們把該返回的內(nèi)部函數(shù)稱為閉包（Closure）。

在上面的例子中，inner_func 就是一個閉包，它引用了自由變量 n。

閉包的作用

閉包的最大特點就是引用了自由變量，即使生成閉包的環(huán)境已經(jīng)釋放，閉包仍然存在；

閉包在運行時可以有多個實例，即使傳入的參數(shù)相同，比如：

>>> pow_a = make_pow(2)
>>> pow_b = make_pow(2)
>>> pow_a == pow_b
False

利用閉包，我們還可以模擬類的實例。

這里構(gòu)造一個類，用于求一個點到另一個點的距離：

from math import sqrt

class Point(object):
    def __init__(self, x, y):
        self.x, self.y = x, y

    def get_distance(self, u, v):
        distance = sqrt((self.x - u) ** 2 + (self.y - v) ** 2)
        return distance

>>> pt = Point(7, 2)        # 創(chuàng)建一個點
>>> pt.get_distance(10, 6)  # 求到另一個點的距離
5.0

用閉包來實現(xiàn)：

def point(x, y):
    def get_distance(u, v):
        return sqrt((x - u) ** 2 + (y - v) ** 2)

    return get_distance

>>> pt = point(7, 2)
>>> pt(10, 6)
5.0

可以看到，結(jié)果是一樣的，但使用閉包實現(xiàn)比使用類更加簡潔。

常見誤區(qū)

閉包的概念很簡單，但實現(xiàn)起來卻容易出現(xiàn)一些誤區(qū)，比如下面的例子：

def count():
    funcs = []
    for i in [1, 2, 3]:
        def f():
            return i
        funcs.append(f)
    return funcs

在該例子中，我們在每次 for 循環(huán)中創(chuàng)建了一個函數(shù)，并將它存到 funcs 中。現(xiàn)在，調(diào)用上面的函數(shù)，你可能認(rèn)為返回結(jié)果是 1, 2, 3，事實上卻不是：

>>> f1, f2, f3 = count()
>>> f1()
3
>>> f2()
3
>>> f3()
3

為什么呢？原因在于上面的函數(shù) f 引用了變量 i，但函數(shù) f 并非立刻執(zhí)行，當(dāng) for 循環(huán)結(jié)束時，此時變量 i 的值是3，funcs 里面的函數(shù)引用的變量都是 3，最終結(jié)果也就全為 3。

因此，我們應(yīng)盡量避免在閉包中引用循環(huán)變量，或者后續(xù)會發(fā)生變化的變量。

那上面這種情況應(yīng)該怎么解決呢？我們可以再創(chuàng)建一個函數(shù)，并將循環(huán)變量的值傳給該函數(shù)，如下：

def count():
    funcs = []
    for i in [1, 2, 3]:
        def g(param):
            f = lambda : param    # 這里創(chuàng)建了一個匿名函數(shù)
            return f
        funcs.append(g(i))        # 將循環(huán)變量的值傳給 g
    return funcs

>>> f1, f2, f3 = count()
>>> f1()
1
>>> f2()
2
>>> f3()
3

小結(jié)

閉包是攜帶自由變量的函數(shù)，即使創(chuàng)建閉包的外部函數(shù)的生命周期結(jié)束了，閉包所引用的自由變量仍會存在。

閉包在運行可以有多個實例。

盡量不要在閉包中引用循環(huán)變量，或者后續(xù)會發(fā)生變化的變量。

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本文標(biāo)題為: Python: 攜帶狀態(tài)的閉包
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參考資料

返回函數(shù) - 廖雪峰的官方網(wǎng)站

Why aren"t python nested functions called closures? - Stack Overflow