Python中的闭包

jopen 4年前

 

闭包(closure)是函数式编程的重要的语法结构,Python也支持这一特性,下面就开始介绍Python中的闭包。

首先看看闭包的概念:闭包(Closure)是词法闭包(Lexical Closure)的简称,是引用了自由变量的函数。这个被引用的自由变量将和这个函数一同存在,即使已经离开了创造它的环境也不例外。所以,闭包是由函数和与其相关的引用环境组合而成的实体。

在开始介绍闭包之前先看看Python中的namespace。

Python中的namespace

Python中通过提供 namespace 来实现重名函数/方法、变量等信息的识别,其一共有三种 namespace,分别为:

  • local namespace: 作用范围为当前函数或者类方法
  • global namespace: 作用范围为当前模块
  • build-in namespace: 作用范围为所有模块

当函数/方法、变量等信息发生重名时,Python会按照 "local namespace -> global namespace -> build-in namespace" 的顺序搜索用户所需元素,并且以第一个找到此元素的 namespace 为准。

同时,Python中的内建函数locals()和globals()可以用来查看不同namespace中定义的元素。

看一个例子:

s = "string in global"  num = 99  def numFunc(a, b):    num = 100    print "print s in numFunc: ", s    def addFunc(a, b):      s = "string in addFunc"      print "print s in addFunc: ", s      print "print num in addFunc: ", num      print "locals of addFunc: ", locals()      print       return "%d + %d = %d" %(a, b, a + b)    print "locals of numFunc: ", locals()    print     return addFunc(a, b)  numFunc(3, 6)   print "globals: ", globals()

上面代码的结果为:

Python中的闭包

代码中通过locals()和globals()获取了不同namespace中定义的元素,当在"numFunc"函数中访问s变量的时候,由 于local namespace中没有定义s,所以会找到global中的s;但是,由于"addFunc"的local namespace中有s,所以可以直接使用。

Python创建闭包

下面通过一个例子一步一步分析一下Python如何实现闭包。

一个闭包的例子

下面看一个闭包的简单的例子,例子中定义了一个可以配置打招呼的函数"greeting_conf",在这个函数中,内嵌了一个"greeting"的内嵌函数:

def greeting_conf(prefix):    def greeting(name):      print prefix, name    return greeting  mGreeting = greeting_conf("Good Morning")  mGreeting("Wilber")  mGreeting("Will")  print  aGreeting = greeting_conf("Good Afternoon")   aGreeting("Wilber")  aGreeting("Will")

代码的结果为:

Python中的闭包

上面的代码有下面几个注意点:

  1. "greeting"函数访问了non-local的变量"prefix",根据前面namespace的介绍,这点是完全合法的
  2. 变量"prefix"并没有随着函数的退出而销毁,反而是生命周期得到了延长

下面看看为什么变量"prefix"生命周期得到了延长?

__closure__属性

在Python中,函数对象有一个__closure__属性,我们可以通过这个属性看看闭包的一些细节。

def greeting_conf(prefix):    def greeting(name):      print prefix, name    return greeting  mGreeting = greeting_conf("Good Morning")     print dir(mGreeting)  print mGreeting.__closure__  print type(mGreeting.__closure__[0])  print mGreeting.__closure__[0].cell_contents

通过__closure__属性看到,它对应了一个tuple,tuple的内部包含了cell类型的对象。

对于这个例子,可以得到cell的值(内容)为"Good Morning",也就是变量"prefix"的值。

Python中的闭包

从这里可以看到闭包的原理, 当内嵌函数引用了包含它的函数(enclosing function)中的变量后,这些变量会被保存在enclosing function的__closure__属性中,成为enclosing function本身的一部分;也就是说,这些变量的生命周期会和enclosing function一样。

闭包和函数

闭包只是在表现形式上跟函数类似,但实际上不是函数。

def greeting_conf(prefix):    def greeting(name):      print prefix, name    return greeting  mGreeting = greeting_conf("Good Morning")     print "function name is:", mGreeting.__name__  print "id of mGreeting is:", id(mGreeting)  print  aGreeting = greeting_conf("Good Afternoon")    print "function name is:", aGreeting.__name__  print "id of aGreeting is:", id(aGreeting)

从代码的结果中可以看到,闭包在运行时可以有多个实例,不同的引用环境(这里就是prefix变量)和相同的函数(这里就是greeting)组合可以产生不同的实例。

Python中的闭包

Python中怎么创建闭包

在Python中创建一个闭包可以归结为以下三点:

  • 闭包函数必须有内嵌函数
  • 内嵌函数需要引用该嵌套函数上一级namespace中的变量
  • 闭包函数必须返回内嵌函数

通过这三点,就可以创建一个闭包,是不是想到了上一篇中介绍的Python装饰器。没错,Python装饰器就是使用了闭包。

总结

本文介绍了如何通过Python创建一个闭包,以及Python创建的闭包是如何工作的。