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Python 闭包

提示
  1. 闭包定义：Python中的闭包是一种特殊的嵌套函数，能够在其外部函数已经结束后仍然访问外部函数的变量。
  2. 工作原理：闭包通过返回一个内部函数来实现，这个内部函数可以访问并保持外部函数的局部变量，即使外部函数已经执行完毕。
  3. 使用场景：闭包适合于简化代码，隐藏数据，并避免使用全局变量，特别适用于需要封装少量方法的小型任务。对于更复杂的情况，使用类可能更合适。

Python闭包是一个嵌套函数，它允许我们在外部函数关闭后仍然访问外部函数的变量。

在我们学习闭包之前，让我们先回顾一下Python中嵌套函数的概念。

Python中的嵌套函数​

在Python中，我们可以在另一个函数内创建一个函数。这被称为嵌套函数。例如，

def greet(name):
    # 内部函数
    def display_name():
        print("Hi", name)

    # 调用内部函数
    display_name()

# 调用外部函数
greet("John")

# 输出: Hi John

在上面的例子中，我们在greet()函数内定义了display_name()函数。

这里，display_name()是一个嵌套函数。嵌套函数的工作方式类似于普通函数。它在greet()函数内调用display_name()时执行。

Python闭包​

正如我们已经讨论过的，闭包是一个嵌套函数，它帮助我们即使在外部函数关闭后也能访问外部函数的变量。例如，

def greet():
    # 在内部函数外定义的变量
    name = "John"

    # 返回一个嵌套的匿名函数
    return lambda: "Hi " + name

# 调用外部函数
message = greet()

# 调用内部函数
print(message())

# 输出: Hi John

在上面的例子中，我们创建了一个名为greet()的函数，它返回一个嵌套的匿名函数。

这里，当我们调用外部函数，

message = greet()

返回的函数现在赋值给了message变量。

此时，外部函数的执行已经完成，所以name变量应该被销毁。然而，当我们使用

print(message())

调用匿名函数时，我们能够访问外部函数的name变量。

这是可能的，因为嵌套函数现在作为一个闭包，即使在外部函数执行后，也将外部作用域变量封闭在其作用域内。

让我们看一个更清晰的例子。

示例：使用Python闭包打印奇数​

def calculate():
    num = 1
    def inner_func():
        nonlocal num
        num += 2
        return num
    return inner_func

# 调用外部函数
odd = calculate()

# 调用内部函数
print(odd())
print(odd())
print(odd())

# 再次调用外部函数
odd2 = calculate()
print(odd2())

输出

3
5
7
3

在上面的例子中，

odd = calculate()

这段代码执行了外部函数calculate()并返回了一个奇数闭包。

这就是为什么我们即使在外部函数完成后也能访问calculate()的num变量。

再次，当我们使用

odd2 = calculate()

调用外部函数时，返回了一个新的闭包。因此，当我们调用odd2()时，我们再次得到3。

何时使用闭包？​

那么闭包有什么用处呢？

闭包可以用来避免全局变量，并提供数据隐藏，对于只有一个或几个方法的简单情况，可以是一个优雅的解决方案。

然而，对于具有多个属性和方法的较大案例，类实现可能更合适。

def make_multiplier_of(n):
    def multiplier(x):
        return x * n
    return multiplier

# 3的乘数
times3 = make_multiplier_of(3)

# 5的乘数
times5 = make_multiplier_of(5)

# 输出: 27
print(times3(9))

# 输出: 15
print(times5(3))

# 输出: 30
print(times5(times3(2)))

Python装饰器也广泛使用闭包。

最后，值得指出的是，闭包函数中封闭的值是可以找出来的。

所有函数对象都有一个__closure__属性，如果它是一个闭包函数，它会返回一个单元格对象的元组。

根据上面的例子，我们知道times3和times5是闭包函数。

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