閉包

網路上介紹 Python 閉包的文章已經很多了，本文將透過解決一個需求問題來了解閉包。

這個需求是這樣的，我們需要一直記錄自己的學習時間，以分鐘為單位。就好比我學習了 2 分鐘，就返回 2 ，然後隔了一陣子，我學習了 10 分鐘，那麼就返回 12 ，像這樣把學習時間一直累加下去。

面對這個需求，我們通常會建立一個全域變數來記錄時間，然後用一個方法來新增每次的學習時間，通常都會寫成下面這個形式：

time = 0
def insert_time(min):
    time = time + min
    return  time
print(insert_time(2))
print(insert_time(10))

認真想一下，會不會有什麼問題呢？

其實，這個在 Python 裡面是會報錯的。會報如下錯誤：

UnboundLocalError: local variable 'time' referenced before assignment

那是因為，在Python 中，如果一個函數使用了和全域變數相同的名字且改變了該變數的值，那麼該變數就會變成局部變量，那麼就會造成在函數中我們沒有進行定義就引用了，所以會報該錯誤。

如果確實要引用全域變量，並在函數中對它進行修改，該怎麼做呢？

我們可以使用global 關鍵字,具體修改如下：

time = 0
def insert_time(min):
    global  time
    time = time + min
    return  time
print(insert_time(2))
print(insert_time(10))

輸出結果如下：

2
12

可是啊，這裡使用了全域變量，我們在開發中能盡量避免使用全域變數的就盡量避免使用。因為不同模組，不同函數都可以自由的存取全域變量，可能會造成全域變數的不可預測性。例如程式設計師甲修改了全域變數 time 的值，然後程式設計師乙同時也對 time 進行了修改，如果其中有錯誤，這種錯誤是很難發現和修正的。

全域變數降低了函數或模組之間的通用性，不同的函數或模組都要依賴全域變數。同樣，全域變數降低了程式碼的可讀性，閱讀者可能不知道呼叫的某個變數是全域變數。

那有沒有更好的方法呢？

這時候我們使用閉包來解決一下，先直接看程式碼：

time = 0
def study_time(time):
    def insert_time(min):
        nonlocal  time
        time = time + min
        return time
    return insert_time
f = study_time(time)
print(f(2))
print(time)
print(f(10))
print(time)

輸出結果如下:

2
0
12
0

這裡最直接的表現就是全域變數time 至此至終都沒有修改過,這裡還是用了nonlocal 關鍵字,表示在函數或其他作用域中使用外層(非全局)變數。那麼上面那段程式碼具體的運行流程是怎麼樣的。我們可以看下下圖：

這種內部函數的局部作用域中可以存取外部函數局部作用域中變數的行為，我們稱為： 閉包。更直接的表達方式就是，當某個函數被當成物件返回時，夾帶了外部變量，就形成了一個閉包。 k

閉包避免了使用全域變量，此外，閉包允許將函數與其所操作的某些資料（環境）關連起來。而且使用閉包，可以使程式碼變得更加的優雅。而且下一篇講到的裝飾器，也是基於閉包實現的。

到這裡，就會有一個問題了，你說它是閉包就是閉包了？有沒有辦法驗證一下這個函數就是閉包呢？

有的，所有函數都有一個 __closure__ 屬性，如果函數是閉包的話，那麼它回傳的是一個由 cell 組成的元組物件。 cell 物件的 cell_contents 屬性就是儲存在閉包中的變數。

我們印出來體驗：

time = 0
def study_time(time):
    def insert_time(min):
        nonlocal  time
        time = time + min
        return time
    return insert_time
f = study_time(time)
print(f.__closure__)
print(f(2))
print(time)
print(f.__closure__[0].cell_contents)
print(f(10))
print(time)
print(f.__closure__[0].cell_contents)

列印的結果為：

(<cell at 0x0000000000410C48: int object at 0x000000001D6AB420>,)
2
0
2
12
0
12

從列印結果可見，傳進來的值一直儲存在閉包的cell_contents 中,因此，這也就是閉包的最大特點，可以將父函數的變數與其內部定義的函數綁定。就算生成閉包的父函數已經釋放了，閉包仍然存在。

閉包的過程其實好比類別（父函數）產生實例（閉包），不同的是父函數只在呼叫時執行，執行完畢後其環境就會釋放，而類別則在檔案執行時創建，一般程式執行完畢後作用域才釋放，因此對一些需要重用的功能且不足以定義為類別的行為，使用閉包會比使用類別佔用更少的資源，且更輕巧靈活。