說說Python中的閉包 - Closure

Python中的閉包不是一個一說就能明白的概念，但是隨著你往學習的深入，無論如何你都需要去瞭解這麼一個東西。

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，在函數中可以(嵌套)定義另一個函數時，如果內部的函數引用了外部的函數的變數，則可能產生閉包。閉包可以用來在一個函數與一組“私人”變數之間建立關聯關係。在給定函數被多次調用的過程中，這些私人變數能夠保持其持久性。

—— 維基百科)

用比較容易懂的人話說，就是當某個函數被當成對象返回時，夾帶了外部變數，就形成了一個閉包。看例子。

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

支援將函數當成對象使用的程式設計語言，一般都支援閉包。比如Python, JavaScript。

如何理解閉包

閉包存在有什麼意義呢?為什麼需要閉包?

我個人認為，閉包存在的意義就是它夾帶了外部變數(私貨)，如果它不夾帶私貨，它和普通的函數就沒有任何區別。同一個的函數夾帶了不同的私貨，就實現了不同的功能。其實你也可以這麼理解，閉包和面向介面編程的概念很像，可以把閉包理解成輕量級的介面封裝。

介面定義了一套對方法簽名的約束規則。

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

在這個例子裡，我們想要一個給content加tag的功能，但是具體的tag_name是什麼樣子的要根據實際需求來定，對外部調用的介面已經確定，就是add_tag(content)。如果按照面向介面方式實現，我們會先把add_tag寫成介面，指定其參數和傳回型別，然後分別去實現a和b的add_tag。

但是在閉包的概念中，add_tag就是一個函數，它需要tag_name和content兩個參數，只不過tag_name這個參數是打包帶走的。所以一開始時就可以告訴我怎麼打包，然後帶走就行。

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，你只關心電話打給誰，而不會去糾結每個品牌的手機是怎麼實現的，用到了哪些模組。再比如去餐館吃飯，你只要付錢就可以享受到服務，你並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(打電話，用餐)，但是這些功能使用了外部變數(天線，地溝油等等)。

你也可以把一個類執行個體看成閉包，當你在構造這個類時，使用了不同的參數，這些參數就是閉包裡的包，這個類對外提供的方法就是閉包的功能。但是類遠遠大於閉包，因為閉包只是一個可以執行的函數，但是類執行個體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的裝飾器，那麼一般都會產生閉包。

為什麼?因為Python的裝飾器是一個固定的函數介面形式。它要求你的裝飾器函數(或裝飾器類)必須接受一個函數並返回一個函數：

# 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      # how to use def target_func(args): # 目標函數     pass  # 調用方式一，直接包裹 result = wrapper(target_func)(args)  # 調用方式二，使用@文法，等同於方式一 @wrapper def target_func(args):     pass  result = target_func()

那麼如果你的裝飾器如果帶參數呢?那麼你就需要在原來的裝飾器上再包一層，用於接收這些參數。這些參數(私貨)傳遞到內層的裝飾器裡後，閉包就形成了。所以說當你的裝飾器需要自訂參數時，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，並返回一個函數  print hello()  # Hello Toby! print hello('world')  # Hello world!

關於裝飾器的更深入剖析，可以看我寫的另外一篇部落格。

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。

下面讓我們來瞭解一下閉包的包到底長什麼樣子。其實閉包函數相對與普通函數會多出一個__closure__的屬性，裡面定義了一個元組用於存放所有的cell對象，每個cell對象一一儲存了這個閉包中所有的外部變數。

>>> 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  # 第一個外部變數 'Foo' >>> printer.__closure__[1].cell_contents  # 第二個外部變數 'Bar'

原理就是這麼簡單。

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