python中的闭包函数
通常我们定义函数都是这样定义的:
def foo():
pass
其实在函数式编程中,函数里面还可以嵌套函数,如下面这样:
def foo():
print("hello world in foo")
def bar():
print("hello world in bar")
此时我们调用foo函数,执行结果会是什么样子的呢??
hello world in foo
结果如上所示,只会执行foo函数的第一层函数,bar函数是不会被执行的。为什么呢?
实际上来说,不管函数写在哪个部分,那都只是定义了一个函数,只有这个函数被调用,函数内部的语句才会被执行。
在上面的例子中,bar函数虽然在foo函数内部定义了,但是并没有被执行,所以bar函数是不会被执行的。
这样说来,定义在一个函数内部的函数就没什么作用了吗??其实不是这样的。
来看下面的例子,把bar函数作为一个值返回给foo函数,来看执行过程:
def foo():
print("hello world in foo")
def bar():
print("hello world in bar")
return bar
f1=foo()
print(f1)
此时,由于bar函数作为一个返回值被返回给了foo,所以foo函数执行结果是有返回值的,此时定义一个变量f1来接收foo函数的执行返回结果,然后打印f1。
返回的结果如下:
hello world in foo
<function foo.<locals>.bar at 0x0000000002941A60>
可以看到首先打印了foo函数中定义的一个print语句,接着打印的是foo函数中包含的bar函数的内存地址,既然是一个函数的内存地址,当然可以加括号来执行这个函数。
def foo():
print("hello world in foo")
def bar():
print("hello world in bar")
return bar
f1=foo()
f1()
此时,这段代码的执行结果为:
hello world in foo
hello world in bar
两个print语句都被打印出来了。
在上面的例子里,首先定义了一个函数foo,接着在foo函数内部又嵌套定义了一个函数bar,然后返回函数bar的函数名,这就是闭包函数的定义方式。其实,闭包的定义就是一个函数内部又嵌套了一个函数。
来看下面的这段代码:
def foo():
print("hello world in foo")
name="python"
def bar():
print(name)
print("hello world in bar")
return bar
f1=foo()
f1()
在上面的例子里,在外层函数中定义了一个变量name,然后在内层函数中打印这个变量name。
此时执行上面的代码,在打印name这个变量的时候,会先在bar函数内部查找name这个变量,但是bar函数里面是没有name这个变量的,此时根据python查找变量的LEGB法则,会到bar函数的外面一层去继续查找name这个变量,此时可以找到name这个变量,所以这里打印的foo函数中定义的name的值。
执行上面的代码,打印结果如下:
hello world in foo
python
hello world in bar
这里要记住很重要的一点就是:内层函数引用了外层函数的局部变量。
来分析下上面的例子中程序的执行过程:
首先运行foo函数,foo函数的执行结果是返回bar的函数名,此时又把foo函数的执行结果定义给了变量f1,
所以此时f1就等于bar这个函数的内存地址,然后f1加括号运行就表示运行了bar函数。
在执行bar函数的过程中,bar函数访问到了外层foo函数中定义的变量,这就是一个典型的闭包函数。
那使用闭包函数有什么好处呢??在上面的例子里,f1的值是bar函数的内存地址,f1加括号运行就是在运行bar函数。
又由于f1是一个全局变量,这意味着可以在整个程序的任意位置都可以运行f1函数,此时再定义一个函数,在这个函数内部调用f1函数,
def foo():
print("hello world in foo")
name = "python"
def bar():
print(name)
print("hello world in bar")
return bar
f1 = foo()
def func():
name = "aaaaa"
f1()
func()
来分析一下程序的执行过程:
1.运行func函数,程序会先在内存中申请一块空间以保存name变量的值,然后运行f1函数,f1是在全局中定义的变量,所以一定可以找到f1函数的内存地址。
2.f1加括号运行,就是在执行一个闭包函数,这个闭包函数内部引用了name这个变量。
3.name这个变量在bar函数的外部已经定义了,所以在func函数内部调用f1函数,也就是bar函数时,其引用的变量依然是foo函数内部定义的name变量,而不是func函数内部定义的name变量。
4.因为f1函数的内部已经包含了name这个函数的值,所以就算在func函数内部也定义了name这个变量,程序执行的结果打印的依然是foo函数内部定义的name的值。
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程序执行结果:
hello world in foo
python
hello world in bar
怎样验证一个函数是闭包函数?首先,闭包函数都有一个特有的属性:closure。
在上面的例子里,打印f1的__closure__属性。
def foo():
name = "python"
def bar():
print(name)
print("hello world in bar")
return bar
f1 = foo()
print(f1.__closure__)
打印结果如下:
(<cell at 0x0000000001DF5708: str object at 0x0000000001E79688>,)
可以看到__closure__属性的打印结果是一个元组形式的,其值就是f1函数的外层函数作用域,此时可以调用__closure__返回的元组的元素的cell_contents方法打印出name变量的值。
def foo():
name = "python"
def bar():
print(name)
print("hello world in bar")
return bar
f1 = foo()
print(f1.__closure__[0].cell_contents)
打印结果如下:
python
可以看到程序已经打印出name变量的值了,即然__closure__的返回结果是一个元组,那么这个元组中一定是可以包含多个值的,看下面的例子。
在foo函数内部定义多个变量,然后在bar函数内部打印几个变量的值,然后运行这个闭包函数,打印闭包函数的__closure__方法。
def foo():
print("hello world in foo")
name1 = "python1"
name2 = "python2"
name3 = "python3"
name4 = "python4"
def bar():
print(name1)
print(name2)
print(name3)
print(name4)
print("hello world in bar")
return bar
f1 = foo()
print(f1.__closure__)
程序执行结果:
(<cell at 0x0000000002145708: str object at 0x00000000021C9260>,
<cell at 0x0000000002145A08: str object at 0x00000000021C93B0>,
<cell at 0x0000000002145768: str object at 0x000000000295BE30>,
<cell at 0x0000000002145C18: str object at 0x0000000002963880>)
由于在foo函数内部定义了4个变量,而且在bar函数内部引用了这4个变量,所以打印这个闭包函数的__closure__方法,返回的元组中就有4个元素。
现在可以分别打印返回的元组中的这4个字符串对象的值了。
def foo():
name1 = "python1"
name2 = "python2"
name3 = "python3"
name4 = "python4"
def bar():
print(name1)
print(name2)
print(name3)
print(name4)
print("hello world in bar")
return bar
f1 = foo()
print(f1.__closure__[0].cell_contents)
print(f1.__closure__[1].cell_contents)
print(f1.__closure__[2].cell_contents)
print(f1.__closure__[3].cell_contents)
程序执行结果:
python1
python2
python3
python4
那么现在还剩下最后一个问题了,那就是闭包函数的内层函数一定要返回吗??
来看下面一个例子:
def foo():
name = "python1"
def bar():
print(name)
print(bar.__closure__)
foo()
定义了一个嵌套函数,然后这个嵌套函数的内层函数没有被返回,而是直接打印内层函数的__closure__方法,然后直接调用外层函数。
程序执行结果:
(<cell at 0x0000000002155708: str object at 0x00000000021D9688>,)
依然打印出了内层函数的引用的变量对象,这说明闭包函数的内层函数还一定要返回。
闭包函数的内层函数可以调用全局变量吗??
把外层函数内部定义的变量改为全局变量,然后在内层函数中引用这个变量。
name = "python1"
def foo():
def bar():
print(name)
print(bar.__closure__)
f=foo()
print(f)
程序执行结果:
None
None
可以看到,程序的执行结果是两个None,嵌套函数的内层函数的__closure__函数的值为None,这说明foo函数的内层嵌套函数bar调用的全局变量没有成功,所以上面的例子不是一个闭包函数。
关于闭包函数的一些总结:
闭包的定义为:
(1)在函数内部定义的函数,称为内部函数。
(2)内部函数调用了外部函数的局部变量。
(3)即使内部函数返回了,还是可以使用局部变量。
(4)通常闭包函数的内层函数都要被返回给外部函数。
(5)闭包函数的外部函数可以在任何地方被调用,而不再受函数定义时层级的限制。
闭包函数的作用
1.闭包函数自带函数作用域
正常意义上的函数,在函数执行过程中查找变量的顺序是一层一层向外找,符合LEGB(Local->Enclose->Global->Built in)法则的,
但是对闭包函数来说,查找变量只会找内部函数外面的那一层,因为闭包函数本身就自带一层作用域,这样才符合"闭包"两个字的意思。
2.延迟计算(也叫惰性计算)
看下面的例子
def func():
name="python"
def bar():
print(name)
return bar
f=func()
print(f.__closure)
在上面的例子里,执行foo()函数的返回结果是一个包含自带的某种状态的函数,实际上这个函数并没有执行,
以后想执行这个自带状态的函数时,把func()返回结果所赋值的那个变量加括号就可以执行了。
3.要想让一个函数始终保持一种状态,就可以使用闭包。
例子:
name="python"
def func():
print("I like %s" % name)
func()
上面的代码执行结果会打印一行:"I like python"
但是我们知道,在不同的地方调用func函数,打印的结果很大可能是不一样的,那么如果我想不管在什么地方调用func函数,打印的结果都是"I like python"时,就可以使用闭包了。
def func1():
name="python"
def func():
print("I like %s" % name)
return func
func=func1()
func()
如上图所示,在func函数外面再包含一层函数func1,执行func1函数,再把func1函数的返回结果赋值给func这个变量。
此时func就是一个闭包函数了,把func函数加括号就可以执行了。
而且我们一定知道,此时func函数的执行结果一定会打印"I like python"这句话,而且不管func函数在程序的哪个位置被调用,执行结果都是一样的。