Python：深入理解闭包

布满荆棘的人生 2022-03-15 01:40 300阅读 0赞

## **函数对象的作用域** ##

函数对象是使用def语句定义的，函数对象的作用域与def所在的层级相同。比如下面代码，我们在line\_conf函数的隶属范围内定义的函数line，就只能在line\_conf的隶属范围内调用。   
代码：

def line_conf():
        def line(x):
            return 2 * x + 1
        print(line(5))  #within the scope
    
    line_conf()
    print(line(5))      #out of the scope

运行：

11
    Traceback (most recent call last):
      File "C:/Users/Desktop/1.py", line 6, in <module>
        print(line(5))
    NameError: name 'line' is not defined

## **闭包** ##

函数是一个对象，所以可以作为某个函数的返回结果。

代码：

def line_conf():
        def line(x):
            return 2 * x + 1
        return line       # return a function object
    
    my_line = line_conf()
    print(my_line(5))

运行：

如果line()的定义中引用了外部的变量，会发生什么呢？

代码：

def line_conf():
        b = 15
        def line(x):
            return 2*x+b  # line()引用了外部变量b
        return line       # return a function object
    
    b = 5
    my_line = line_conf()
    print(my_line(5))

运行：

我们可以看到，line定义的隶属程序块中引用了高层级的变量b，但b信息存在于line的定义之外 (b的定义并不在line的隶属程序块中)。我们称b为line的环境变量。事实上，line作为line\_conf的返回值时，line中已经包括b的取值(尽管b并不隶属于line)。

下面的代码将打印25，也就是说，line所参照的b值是函数对象定义时可供参考的b值，而不是使用时的b值。

一个函数和它的环境变量合在一起，就构成了一个闭包(closure)。在Python中，所谓的闭包是一个包含有环境变量取值的函数对象。环境变量取值被保存在函数对象的closure属性中。比如下面的代码：

def line_conf():
        b = 15
        def line(x):
            return 2*x+b
        return line       # return a function object

运行：

>>> 
    >>> b = 5
    >>> my_line = line_conf()
    >>> print(my_line.__closure__)
    (<cell at 0x0000022DF0A72AC8: int object at 0x000000006FAE8230>,)
    >>> print(my_line.__closure__[0].cell_contents)
    15
    >>>

closure里包含了一个元组(tuple)。这个元组中的每个元素是cell类型的对象。我们看到第一个cell包含的就是整数15，也就是我们创建闭包时的环境变量b的取值(而不是外面的值b=5)。

下面看一个闭包的实际例子：

def line_conf(a, b):
        def line(x):
            return a*x + b
        return line
    line1 = line_conf(1, 1)
    line2 = line_conf(4, 5)
    print(line1(5), line2(5))

运行

6.25

这个例子中，函数line与环境变量a,b构成闭包。在创建闭包的时候，我们通过line\_conf的参数a,b说明了这两个环境变量的取值，这样，我们就确定了函数的最终形式(y = x + 1和y = 4x + 5)。我们只需要变换参数a,b，就可以获得不同的直线表达函数。由此，我们可以看到，闭包也具有提高代码可复用性的作用。

如果没有闭包，我们需要每次创建直线函数的时候同时说明a,b,x。这样，我们就需要更多的参数传递，也减少了代码的可移植性。利用闭包，我们实际上创建了泛函。line函数定义一种广泛意义的函数。这个函数的一些方面已经确定(必须是直线)，但另一些方面(比如a和b参数待定)。随后，我们根据line\_conf传递来的参数，通过闭包的形式，将最终函数确定下来。