Python 闭包

在理解「闭包」之前, 我们首先得先知道「嵌套函数」这么一个东西

嵌套函数

首先我们来看一个例子：

>>> def my_name():
...    def your_name():
...            print('your_name() is two dog')
...    print('my_name() is rocky')
...

上面就是一个简单的嵌套函数的例子，在上面的代码中，在函数 my_name() 中定义了函数 your_name()，而 your_name() 就称为 my_name() 的「内嵌函数」，因为它是在 my_name() 里面的定义。

然后我们来调用 my_name()，会得到下面的结果：

>>> my_name()
my_name() is rocky

这个结果说明在上面的调用方式和内嵌函数的写法中，your_name() 这个函数根本没被调用，或者我们可以这么说，那就是 my_name() 没有按照从上到下的顺序依次执行其里面的代码。

那么我想要 your_name() 这个内嵌函数也执行，该怎么做呢？其实在 my_name() 里面显示的调用一下 your_name() 函数就好了，请看下面的代码：

>>> def my_name():
...    def your_name():
...            print('your_name() is two dog')
...    your_name() #显示的调用内嵌函数
...    print('my_name() is rocky')
...

我们现在来调用 my_name()，运行结果如下：

>>> my_name()
your_name() is two dog
my_name() is rocky

现在我们再来思考一个问题，我们能不能在 my_name() 外面单独的调用其内嵌函数 your_name() 呢？我们来试一下：

>> your_name()
Traceback (most recent call last):
 File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'your_name' is not defined

结果会显示错误信息，这说明这样调用是不行的，原因就是 your_name() 是定义在 my_name() 里面的函数，它生效的范围仅限于 my_name() 函数体之内，也就是说它的作用域就是 my_name() 的范围而已，既然是这样，那么 your_name 在使用变量的时候也就会收到 my_name() 的约束。

我们再来看一个例子：

>>> def fun1():
...    a = 1
...    def fun2():
...            a += 1
...            print('fun2 -- a = ',a)
...    fun2()
...    print('fun1 -- a = ',a)
...

在看下面的结果之前，请你想一想这个函数的结果会是什么？加入你思考完毕，请看下面的结果：

>>> fun1()
Traceback (most recent call last):
 File "<stdin>", line 1, in <module>
 File "<stdin>", line 6, in fun1
 File "<stdin>", line 4, in fun2
UnboundLocalError: local variable 'a' referenced before assignment

你猜对了么？结果是运行错误！我们观察报错的信息，原因是 fun2() 里面使用了 fun1() 的变量 a，按照表达式， Python 解释器认为这个变量应该在 fun2() 中建立，而不是引用 fun1() 中的变量，所以才报错。

在 Python 中，我们可以使用 nonlocal 这个关键词，具体操作见下例：

>>> def fun1():
...    a = 1
...    def fun2():
...   nonlocal a
...            a += 1
...            print('fun2 -- a = ',a)
...    fun2()
...    print('fun1 -- a = ',a)
...

然后我们调用 fun1() 函数，得到如下结果：

fun2 -- a = 2
fun1 -- a = 2

综上所述就是嵌套函数的原理，剩下的就是在实践中去运用它，达到加深理解的目的。

这个嵌套函数，其实可以制作动态的函数对象，而这个话题延伸下去，就是所谓的「闭包」。

闭包

我们都知道在数学中有闭包的概念，但此处我要说的闭包是计算机编程语言中的概念，它被广泛的使用于函数式编程。

关于闭包的概念，官方的定义颇为严格，也很难理解，在《Python语言及其应用》一书中关于闭包的解释我觉得比较好 -- 闭包是一个可以由另一个函数动态生成的函数，并且可以改变和存储函数外创建的变量的值。乍一看，好像还是比较很难懂，下面我用一个简单的例子来解释一下：

>>> a = 1
>>> def fun():
...     print(a)
...
>>> fun()
1
>>> def fun1():
...     b = 1
...
>>> print(b)
Traceback (most recent call last):
 File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'b' is not defined

毋庸置疑，第一段程序是可以运行成功的，a = 1 定义的变量在函数里可以被调用，但是反过来，第二段程序则出现了报错。

在函数 fun() 里可以直接使用外面的 a = 1，但是在函数 fun1() 外面不能使用它里面所定义的 b = 1，如果我们根据作用域的关系来解释，是没有什么异议的，但是如果在某种特殊情况下，我们必须要在函数外面使用函数里面的变量，该怎么办呢？

我们先来看下面的例子：

>>> def fun():
...    a = 1
...    def fun1():
...            return a
...    return fun1
...
>>> f = fun()
>>> print(f())
1

如果你仔细看过上面文章的内容，你一定觉得的很眼熟，上述的本质就是我们所讲的嵌套函数。

在函数 fun() 里面，有 a = 1 和 函数 fun1() ,它们两个都在函数 fun() 的环境里面，但是它们两个是互不干扰的，所以 a 相对于 fun1() 来说是自由变量，并且在函数 fun1() 中应用了这个自由变量 -- 这个 fun1() 就是我们所定义的闭包。

闭包实际上就是一个函数，但是这个函数要具有

• 1.定义在另外一个函数里面(嵌套函数)；
• 2.引用其所在环境的自由变量。

上述例子通过闭包在 fun() 执行完毕时，a = 1依然可以在 f() 中，即 fun1() 函数中存在，并没有被收回，所以 print(f()) 才得到了结果。

当我们在某些时候需要对事务做更高层次的抽象，用闭包会相当舒服。比如我们要写一个二元一次函数，如果不使用闭包的话相信你可以轻而易举的写出来，下面让我们来用闭包的方式完成这个一元二次方程：

>>> def fun(a,b,c):
...    def para(x):
...            return a*x**2 + b*x + c
...    return para
...
>>> f = fun(1,2,3)
>>> print(f(2))
11

上面的函数中，f = fun(1,2,3) 定义了一个一元二次函数的函数对象，x^2 + 2x + 3，如果要计算 x = 2 ，该一元二次函数的值，只需要计算 f(2) 即可，这种写法是不是看起来更简洁一些？

当我们在后面学习了类的知识以后，再回过头来看闭包的应用，其实你会有更深的认识，这个我们在后面再做讨论，先知道有类这么一个概念就好了。