Python中的閉包使用及作用

2022-08-05 22:01:14

1.什麼是閉包

當我們在外部函數中定義了一個內部函數，並且內部函數能夠讀取到外部函數內的變數，這種函數我們就稱為閉包。簡單來說，閉包就是能夠讀取外部函數內的變數的函數。

閉包的架子大概是這樣：

def demo_outer(x):
    def demo_inner(y):
        print("x的值：{}, y的值：{}, x + y 的值：{}".format(x, y, x + y))
    return demo_inner
do = demo_outer(12)
do(34)

上面程式碼執行結果如下：

x的值：12, y的值：34, x + y 的值：46

上面的閉包程式碼，和我們之前學習的裝飾器類似，我們在外部函數 demo_outer 下定義了一個內部函數 demo_inner ，並且外部函數的返回值就是內部函數，同時在內部函數中，我們參照到了外部函數的變數 x ，而閉包的作用就是可以將外層函數的變數儲存在記憶體中而不被銷燬。

2.閉包的範例

我們先準備一個函數add()，每次呼叫該函數都只能傳一個數 num ，每次返回的結果都是基於上一次結果的值 sum 進行累加操作。例如，sum的預設值為0，如果我們依次呼叫 add(10)、add(20)、add(30) 後，期望得到的最終結果是 sum = 60。

對於該問題，因為需要在函數內部對函數外部的變數進行處理，我們可能會考慮使用 global 來處理。

sum = 0
def get_add_sum(num):
    global sum
    sum += num
    return sum
print(get_add_sum(10))  # 輸出：10
print(get_add_sum(20))  # 輸出：30
print(get_add_sum(30))  # 輸出：60
print(sum)  # 輸出：60

上面程式碼中，我們在函數中通過全域性變數 global 將 sum 宣告為全域性變數，最終返回的結果也符合我們的期望。但因為全域性變數太靈活了，不同模組函數都能自由存取到全域性變數，所以一般不推薦在函數內部中定義全域性變數。

對於上面的問題，除了使用全域性變數外，我們還可以通過閉包來實現。

sum = 0
def get_add_sum(sum):
    def add_num(num):
        nonlocal sum
        sum += num
        return sum
    return add_num

add = get_add_sum(sum)
print(add(10))  # 輸出：10
print(add(20))  # 輸出：30
print(add(30))  # 輸出：60

print(sum)  # 輸出：0

在上面的閉包函數中，定義了外層函數和內層巢狀函數，執行過程中，呼叫外層函數 get_add_sum 返回的就是內層巢狀函數 add_num ，因為Python中函數也是物件，所以可以直接返回 add_num 。

而在內層巢狀函數中則實現了我們想要的累加操作，在這裡我們需使用關鍵字 nonlocal 來宣告外層函數中的變數，否則無法對外層函數中的變數進行修改，其作用域只在閉包函數裡面，所以當我們在最後列印 sum 最終結果，輸出的仍然是其初始值 0 。

我們再來看一個例子：

def outer():
    res = []
    for i in range(3):
        print("外部的i值：{}".format(i))
        def inner(x):
            print("內部的i值：{}".format(i))
            return i + x
        res.append(inner)
    return res

temp = outer()
res = [i(10) for i in temp]
print(res)

上面程式碼的執行結果如下：

外部的i值：0
外部的i值：1
外部的i值：2
內部的i值：2
內部的i值：2
內部的i值：2
[12, 12, 12]

可以看到 res 的結果並不是 [10, 11, 12] ，因為 i 是外層函數的變數，並且其值是按 0，1，2 變化，因為該函數中無法儲存外層函數的變數，故對於內部函數，其實際只能存取到最後外部變數的值 2 ，導致最終結果為：[12, 12, 12]。

在這裡，我們可以使用閉包來儲存函數的外部變數，修改程式碼如下：

def outer(i):
    print("外部的i值：{}".format(i))
    def inner(x):
        print("內部的i值：{}".format(i))
        return i + x
    return inner

def demo():
    res = []
    for i in range(3):
        res.append(outer(i))
    return res

temp = demo()
res = [i(10) for i in temp]
print(res)

上面程式碼的執行結果如下：

外部的i值：0
外部的i值：1
外部的i值：2
內部的i值：0
內部的i值：1
內部的i值：2
[10, 11, 12]

3.閉包和裝飾器的區別

在Python中，閉包傳遞的引數是變數，裝飾器傳遞的引數是函數物件，它們只是在傳參內容上有不同。那麼裝飾器是不是屬於閉包的一種呢，我們要怎麼判斷一個函數是否是閉包呢？

我們可以列印閉包和裝飾器的屬性 __closure__ ，如果一個函數是閉包，那麼檢視該屬性將會返回一個cell物件組成的tuple物件。

def demo_outer(x):
    """
    閉包
    """
    def demo_inner(y):
        print("x的值：{}, y的值：{}, x + y 的值：{}".format(x, y, x + y))
    return demo_inner
def demo_decorator(func):
    """
    裝飾器
    """
    def wrapper(*args, **kwargs):
        return func(*args, **kwargs)
    return wrapper

@demo_decorator
def method():
    pass

do = demo_outer(5)  # 閉包
print("閉包的屬性：{}".format(do.__closure__))
dd = demo_decorator(method)  # 裝飾器
print("裝飾器的屬性：{}".format(dd.__closure__))

執行結果如下：

閉包的屬性：(<cell at 0x0000023F48C3C8E8: int object at 0x00007FF92017D4A0>,)
裝飾器的屬性：(<cell at 0x0000023F48C3C8B8: function object at 0x0000023F48CB97B8>,)

所以結合上面的結果，我們也可以這樣理解：裝飾器本質上就是一個閉包函數，它只是一個傳遞函數物件的閉包函數。

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Python中的閉包使用及作用

目錄

1.什麼是閉包

2.閉包的範例

3.閉包和裝飾器的區別

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