說說Python中的閉包-Closure

閉包的概念

我們嘗試從概念上去理解一下閉包。

在一些語言中，在函數(shù)中可以(嵌套)定義另一個函數(shù)時，如果內(nèi)部的函數(shù)引用了外部的函數(shù)的變量，則可能產(chǎn)生閉包。閉包可以用來在一個函數(shù)與一組“私有”變量之間創(chuàng)建關(guān)聯(lián)關(guān)系。在給定函數(shù)被多次調(diào)用的過程中，這些私有變量能夠保持其持久性。

—— 維基百科)

用比較容易懂的人話說，就是當(dāng)某個函數(shù)被當(dāng)成對象返回時，夾帶了外部變量，就形成了一個閉包?？蠢?。

def make_printer(msg): 
 def printer(): 
 print msg # 夾帶私貨（外部變量） 
 return printer # 返回的是函數(shù)，帶私貨的函數(shù) 
 
printer = make_printer('Foo!') 
printer()

支持將函數(shù)當(dāng)成對象使用的編程語言，一般都支持閉包。比如Python, JavaScript。

如何理解閉包

閉包存在有什么意義呢?為什么需要閉包?

我個人認為，閉包存在的意義就是它夾帶了外部變量(私貨)，如果它不夾帶私貨，它和普通的函數(shù)就沒有任何區(qū)別。同一個的函數(shù)夾帶了不同的私貨，就實現(xiàn)了不同的功能。其實你也可以這么理解，閉包和面向接口編程的概念很像，可以把閉包理解成輕量級的接口封裝。

接口定義了一套對方法簽名的約束規(guī)則。

def tag(tag_name): 
 def add_tag(content): 
 return "<{0}>{1}".format(tag_name, content) 
 return add_tag 
 
content = 'Hello' 
 
add_tag = tag('a') 
print add_tag(content) 
# Hello 
 
add_tag = tag('b') 
print add_tag(content) 
# Hello

在這個例子里，我們想要一個給content加tag的功能，但是具體的tag_name是什么樣子的要根據(jù)實際需求來定，對外部調(diào)用的接口已經(jīng)確定，就是add_tag(content)。如果按照面向接口方式實現(xiàn)，我們會先把add_tag寫成接口，指定其參數(shù)和返回類型，然后分別去實現(xiàn)a和b的add_tag。

但是在閉包的概念中，add_tag就是一個函數(shù)，它需要tag_name和content兩個參數(shù)，只不過tag_name這個參數(shù)是打包帶走的。所以一開始時就可以告訴我怎么打包，然后帶走就行。

上面的例子不太生動，其實在我們生活和工作中，閉包的概念也很常見。比如說手機撥號，你只關(guān)心電話打給誰，而不會去糾結(jié)每個品牌的手機是怎么實現(xiàn)的，用到了哪些模塊。再比如去餐館吃飯，你只要付錢就可以享受到服務(wù)，你并不知道那桌飯菜用了多少地溝油。這些都可以看成閉包，返回來的是一些功能或者服務(wù)(打電話，用餐)，但是這些功能使用了外部變量(天線，地溝油等等)。

你也可以把一個類實例看成閉包，當(dāng)你在構(gòu)造這個類時，使用了不同的參數(shù)，這些參數(shù)就是閉包里的包，這個類對外提供的方法就是閉包的功能。但是類遠遠大于閉包，因為閉包只是一個可以執(zhí)行的函數(shù)，但是類實例則有可能提供很多方法。

何時使用閉包

其實閉包在Python中很常見，只不過你沒特別注意這就是一個閉包。比如Python中的裝飾器Decorator，假如你需要寫一個帶參數(shù)的裝飾器，那么一般都會生成閉包。

為什么?因為Python的裝飾器是一個固定的函數(shù)接口形式。它要求你的裝飾器函數(shù)(或裝飾器類)必須接受一個函數(shù)并返回一個函數(shù)：

# how to define 
def wrapper(func1): # 接受一個callable對象 
 return func2 # 返回一個對象，一般為函數(shù) 
 
# how to use 
def target_func(args): # 目標(biāo)函數(shù) 
 pass 
 
# 調(diào)用方式一，直接包裹 
result = wrapper(target_func)(args) 
 
# 調(diào)用方式二，使用@語法，等同于方式一 
@wrapper 
def target_func(args): 
 pass 
 
result = target_func()

那么如果你的裝飾器如果帶參數(shù)呢?那么你就需要在原來的裝飾器上再包一層，用于接收這些參數(shù)。這些參數(shù)(私貨)傳遞到內(nèi)層的裝飾器里后，閉包就形成了。所以說當(dāng)你的裝飾器需要自定義參數(shù)時，一般都會形成閉包。(類裝飾器例外)

def html_tags(tag_name): 
 def wrapper_(func): 
 def wrapper(*args, **kwargs): 
 content = func(*args, **kwargs) 
 return "<{tag}>{content}".format(tag=tag_name, content=content) 
 return wrapper 
 return wrapper_ 
 
@html_tags('b') 
def hello(name='Toby'): 
 return 'Hello {}!'.format(name) 
 
# 不用@的寫法如下 
# hello = html_tag('b')(hello) 
# html_tag('b') 是一個閉包，它接受一個函數(shù)，并返回一個函數(shù) 
 
print hello() # Hello Toby! 
print hello('world') # Hello world!

關(guān)于裝飾器的更深入剖析，可以看我寫的另外一篇博客。

再深入一點

其實也不必太深入，理解這上面的概念，很多看起來頭疼的代碼也不過如此。

下面讓我們來了解一下閉包的包到底長什么樣子。其實閉包函數(shù)相對與普通函數(shù)會多出一個__closure__的屬性，里面定義了一個元組用于存放所有的cell對象，每個cell對象一一保存了這個閉包中所有的外部變量。

>>> def make_printer(msg1, msg2): 
 def printer(): 
 print msg1, msg2 
 return printer 
>>> printer = make_printer('Foo', 'Bar') # 形成閉包 
 
>>> printer.__closure__ # 返回cell元組 
(, ) 
 
>>> printer.__closure__[0].cell_contents # 第一個外部變量 
'Foo' 
>>> printer.__closure__[1].cell_contents # 第二個外部變量 
'Bar'

原理就是這么簡單。

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