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Python: 携带状态的闭包

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python 中,函数也是一个对象。因此,我们在定义函数时,可以再嵌套定义一个函数,并将该嵌套函数返回,比如:

frommathimportpow defmake_pow(n): definner_func(x):# 嵌套定义了 inner_func returnpow(x, n)# 注意这里引用了外部函数的 n returninner_func# 返回 inner_func

上面的代码中,函数 make_pow 里面又定义了一个内部函数 inner_func ,然后将该函数返回。因此,我们可以使用 make_pow 来生成另一个函数:

>>> pow2 = make_pow(2) # pow2 是一个函数,参数 2 是一个自由变量 >>> pow2 <function inner_func at 0x10271faa0> >>> pow2(6) 36.0

我们还注意到,内部函数 inner_func 引用了外部函数 make_pow 的自由变量 n ,这也就意味着,当函数 make_pow 的生命周期结束之后, n 这个变量依然会保存在 inner_func 中,它被 inner_func 所引用。

>>> del make_pow # 删除 make_pow >>> pow3 = make_pow(3) Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> NameError: name 'make_pow' is not defined >>> pow2(9) # pow2 仍可正常调用,自由变量 2 仍保存在 pow2 中 81.0

像上面这种情况,一个函数返回了一个内部函数,该内部函数引用了外部函数的相关参数和变量,我们把该返回的内部函数称为 闭包(Closure) 。

在上面的例子中, inner_func 就是一个闭包,它引用了自由变量 n 。

闭包的作用 闭包的最大特点就是引用了自由变量,即使生成闭包的环境已经释放,闭包仍然存在; 闭包在运行时可以有多个实例,即使传入的参数相同,比如: >>> pow_a = make_pow(2) >>> pow_b = make_pow(2) >>> pow_a == pow_b False 利用闭包,我们还可以模拟类的实例。

这里构造一个类,用于求一个点到另一个点的距离:

frommathimportsqrt classPoint(object): def__init__(self, x, y): self.x, self.y = x, y defget_distance(self, u, v): distance = sqrt((self.x - u) ** 2+ (self.y - v) **2) returndistance >>> pt = Point(7,2)# 创建一个点 >>> pt.get_distance(10,6)# 求到另一个点的距离 5.0

用闭包来实现:

defpoint(x, y): defget_distance(u, v): returnsqrt((x - u) **2+ (y - v) **2) returnget_distance >>> pt = point(7,2) >>> pt(10,6) 5.0

可以看到,结果是一样的,但使用闭包实现比使用类更加简洁。

常见误区

闭包的概念很简单,但实现起来却容易出现一些误区,比如下面的例子:

defcount(): funcs = [] foriin[1,2,3]: deff(): returni funcs.append(f) returnfuncs

在该例子中,我们在每次 for 循环中创建了一个函数,并将它存到 funcs 中。现在,调用上面的函数,你可能认为返回结果是 1, 2, 3,事实上却不是:

>>> f1, f2, f3 = count() >>> f1() 3 >>> f2() 3 >>> f3() 3

为什么呢?原因在于上面的函数 f 引用了变量 i ,但函数 f 并非立刻执行,当 for 循环结束时,此时变量 i 的值是3, funcs 里面的函数引用的变量都是 3,最终结果也就全为 3。

因此,我们应 尽量避免在闭包中引用循环变量,或者后续会发生变化的变量 。

那上面这种情况应该怎么解决呢?我们可以再创建一个函数,并将循环变量的值传给该函数,如下:

defcount(): funcs = [] foriin[1,2,3]: defg(param): f = lambda: param# 这里创建了一个匿名函数 returnf funcs.append(g(i)) # 将循环变量的值传给 g returnfuncs >>> f1, f2, f3 = count() >>> f1 1 >>> f2 2 >>> f3 3

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