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  • python_返回值

    函数作为返回值

    高阶函数除了可以接受函数作为参数外,还可以把函数作为结果值返回。

    我们来实现一个可变参数的求和。通常情况下,求和的函数是这样定义的:

    def calc_sum(*args):
        ax = 0
        for n in args:
            ax = ax + n
        return ax
    

    但是,如果不需要立刻求和,而是在后面的代码中,根据需要再计算怎么办?可以不返回求和的结果,而是返回求和的函数:

    def lazy_sum(*args):
        def sum():
            ax = 0
            for n in args:
                ax = ax + n
            return ax
        return sum
    

    当我们调用lazy_sum()时,返回的并不是求和结果,而是求和函数:

    >>> f = lazy_sum(1, 3, 5, 7, 9)
    >>> f
    <function lazy_sum.<locals>.sum at 0x101c6ed90>
    

    调用函数f时,才真正计算求和的结果:

    >>> f()
    25
    

    在这个例子中,我们在函数lazy_sum中又定义了函数sum,并且,内部函数sum可以引用外部函数lazy_sum的参数和局部变量,当lazy_sum返回函数sum时,相关参数和变量都保存在返回的函数中,这种称为“闭包(Closure)”的程序结构拥有极大的威力。

    请再注意一点,当我们调用lazy_sum()时,每次调用都会返回一个新的函数,即使传入相同的参数:

    >>> f1 = lazy_sum(1, 3, 5, 7, 9)
    >>> f2 = lazy_sum(1, 3, 5, 7, 9)
    >>> f1==f2
    False
    

    f1()f2()的调用结果互不影响。

    闭包

    注意到返回的函数在其定义内部引用了局部变量args,所以,当一个函数返回了一个函数后,其内部的局部变量还被新函数引用,所以,闭包用起来简单,实现起来可不容易。

    另一个需要注意的问题是,返回的函数并没有立刻执行,而是直到调用了f()才执行。我们来看一个例子:

    def count():
        fs = []
        for i in range(1, 4):
            def f():
                 return i*i
            fs.append(f)
        return fs
    
    f1, f2, f3 = count()
    

    在上面的例子中,每次循环,都创建了一个新的函数,然后,把创建的3个函数都返回了。

    你可能认为调用f1()f2()f3()结果应该是149,但实际结果是:

    >>> f1()
    9
    >>> f2()
    9
    >>> f3()
    9
    

    全部都是9!原因就在于返回的函数引用了变量i,但它并非立刻执行。等到3个函数都返回时,它们所引用的变量i已经变成了3,因此最终结果为9

     返回闭包时牢记一点:返回函数不要引用任何循环变量,或者后续会发生变化的变量。

    如果一定要引用循环变量怎么办?方法是再创建一个函数,用该函数的参数绑定循环变量当前的值,无论该循环变量后续如何更改,已绑定到函数参数的值不变:

    def count():
        def f(j):
            def g():
                return j*j
            return g
        fs = []
        for i in range(1, 4):
            fs.append(f(i)) # f(i)立刻被执行,因此i的当前值被传入f()
        return fs
    

    再看看结果:

    >>> f1, f2, f3 = count()
    >>> f1()
    1
    >>> f2()
    4
    >>> f3()
    9
    

    缺点是代码较长,可利用lambda函数缩短代码。

    nonlocal

    使用闭包,就是内层函数引用了外层函数的局部变量。如果只是读外层变量的值,我们会发现返回的闭包函数调用一切正常:

    def inc():
        x = 0
        def fn():
            # 仅读取x的值:
            return x + 1
        return fn
    
    f = inc()
    print(f()) # 1
    print(f()) # 1
    

    但是,如果对外层变量赋值,由于Python解释器会把x当作函数fn()的局部变量,它会报错:

    # -*- coding: utf-8 -*-
    
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