关于Python闭包机制的深入理解

本文以Python为例，深入浅出讲解闭包；根据百度百科的解释，闭包就是能够读取其他函数内部变量的函数，例如在JavaScript中，只有函数内部的子函数才能读取局部变量，所以闭包可以理解成『定义在一个函数内部的函数』；在本质上，闭包是将函数内部和函数外部连接起来的桥梁

理解闭包的定义

定义：闭包（closure）是能够读取其它函数内部变量的函数

理解：根据拆分语句分析，闭包是……函数，原来闭包是函数，再看细节部分，闭包是怎样的函数，闭包还能够读取其它函数内部变量，换句话说，闭包函数可以获取其它函数内部变量的信息——这样信息就被封装起来了，像一个包一样，比较形象

实例：

def make_averager():
    series = []    def averager(new_value):
        series.append(new_value)
        total = sum(series)        return total/len(series)    return averager

>>> avg = make_averager()>>> avg(10)10.0>>> avg(11)10.5>>> avg(12)11.0

备注：闭包（closure）是词法闭包（lexical closure）的简称，是函数式编程的重要的语法结构

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Python的命名空间、作用域规则

在C++中，有个专门的关键字namespace（命名空间的英文）

不扯C++，在Python中，存在四种命名空间：

1）local namespace：本地变量

2）nonlocal namespace：嵌套函数中外层函数的变量（Python3.x）

3）global namespace：全局变量

4）build-in namespace：内置变量

namespace是变量名到实际对象的一个映射，大部分namespace都是按Python中的字典来实现的

nonlocal关键字在Python3.0中被引入，使用这个关键字可以轻松的访问并修改嵌套函数的较外层变量（如果仅仅是访问而不修改可以不用nonlocal关键字）

如果修改外层变量却不使用nonlocal关键字会报错：

def make_averager():
    count = 0
    total = 0

    def averager(new_value):
        count += 1    # Same as: count = count + 1
        total += new_value        return total/count    return average

>>> avg = make_averager()
>>> avg(10)
Traceback (most recent call last):...UnboundLocalError: Local variable 'count' referened before assignment
>>>

要修改外层变量就必须使用nonlocal关键字：

def make_averager():
    count = 0
    total = 0

    def averager(new_value):
        nonlocal count, total    # Declaration of namespace.
        count += 1
        total += new_value        return total/count    return average

>>> avg = make_averager()>>> avg(10)10.0>>> avg(11)10.5>>> avg(12)12

解释：在averager函数中，count、total是自由变量（自由变量是指未在本地绑定的变量），自由变量往往是在一个作用域中声明，并在另一个作用域中使用（比如上面的series、count、total）

那为什么在『理解闭包的定义』的实例中，series变量虽然对于内层函数也是自由变量但是却可以直接修改？这里要区分开可变类型和不可变类型的『修改』的含义，series列表是可变序列，append()方法于在原地修改列表的值，这里我们只用到了『列表可变』这一列表的特性，但是对于不可变的数字对象count、total，count += 1，这样的操作实际上生成了新的对象

始终记住，自由变量只能引用不能修改（除非可变对象可以原地修改，事实上Python2.x中就是这样实现闭包的），要修改就必须使用nonlocal关键字

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闭包和lambda表达式

Python的lambda表达式就是匿名函数，二者可以划等号

出于演示考虑，用for循环或者Pythonic的列表推导是个不错的选择：

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闭包和装饰器

要在Python中实现自己的装饰器（decorator），必须掌握的知识：1）闭包+嵌套函数，2）nonlocal关键字（Python3.x引入）

""" Implement a decorator, which return the runtime of the program. """import timedef clock(func):
    def clocked(*args):
        t0 = time.pref_counter()
        result = func(*args)
        elapsed = time.pref_counter() - t0
        name = func.__name__
        arg_str = ', '.join(repr(arg) for arg in args)
        print('[%0.8fs] %s(%s) -> %r' %(elpased, name, arg_str, result))        return result    return clocked

本文以Python为例，深入浅出讲解闭包；根据百度百科的解释，闭包就是能够读取其他函数内部变量的函数，例如在JavaScript中，只有函数内部的子函数才能读取局部变量，所以闭包可以理解成『定义在一个函数内部的函数』；在本质上，闭包是将函数内部和函数外部连接起来的桥梁

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理解闭包的定义

定义：闭包（closure）是能够读取其它函数内部变量的函数

理解：根据拆分语句分析，闭包是……函数，原来闭包是函数，再看细节部分，闭包是怎样的函数，闭包还能够读取其它函数内部变量，换句话说，闭包函数可以获取其它函数内部变量的信息——这样信息就被封装起来了，像一个包一样，比较形象

实例：

def make_averager():
    series = []    def averager(new_value):
        series.append(new_value)
        total = sum(series)        return total/len(series)    return averager

>>> avg = make_averager()>>> avg(10)10.0>>> avg(11)10.5>>> avg(12)11.0

备注：闭包（closure）是词法闭包（lexical closure）的简称，是函数式编程的重要的语法结构

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Python的命名空间、作用域规则

在C++中，有个专门的关键字namespace（命名空间的英文）

不扯C++，在Python中，存在四种命名空间：

1）local namespace：本地变量

2）nonlocal namespace：嵌套函数中外层函数的变量（Python3.x）

3）global namespace：全局变量

4）build-in namespace：内置变量

namespace是变量名到实际对象的一个映射，大部分namespace都是按Python中的字典来实现的

nonlocal关键字在Python3.0中被引入，使用这个关键字可以轻松的访问并修改嵌套函数的较外层变量（如果仅仅是访问而不修改可以不用nonlocal关键字）

如果修改外层变量却不使用nonlocal关键字会报错：

def make_averager():
    count = 0
    total = 0

    def averager(new_value):
        count += 1    # Same as: count = count + 1
        total += new_value        return total/count    return average

>>> avg = make_averager()
>>> avg(10)
Traceback (most recent call last):...UnboundLocalError: Local variable 'count' referened before assignment
>>>

要修改外层变量就必须使用nonlocal关键字：

def make_averager():
    count = 0
    total = 0

    def averager(new_value):
        nonlocal count, total    # Declaration of namespace.
        count += 1
        total += new_value        return total/count    return average

>>> avg = make_averager()>>> avg(10)10.0>>> avg(11)10.5>>> avg(12)12

解释：在averager函数中，count、total是自由变量（自由变量是指未在本地绑定的变量），自由变量往往是在一个作用域中声明，并在另一个作用域中使用（比如上面的series、count、total）

那为什么在『理解闭包的定义』的实例中，series变量虽然对于内层函数也是自由变量但是却可以直接修改？这里要区分开可变类型和不可变类型的『修改』的含义，series列表是可变序列，append()方法于在原地修改列表的值，这里我们只用到了『列表可变』这一列表的特性，但是对于不可变的数字对象count、total，count += 1，这样的操作实际上生成了新的对象

始终记住，自由变量只能引用不能修改（除非可变对象可以原地修改，事实上Python2.x中就是这样实现闭包的），要修改就必须使用nonlocal关键字

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闭包和lambda表达式

Python的lambda表达式就是匿名函数，二者可以划等号

出于演示考虑，用for循环或者Pythonic的列表推导是个不错的选择：

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闭包和装饰器

要在Python中实现自己的装饰器（decorator），必须掌握的知识：1）闭包+嵌套函数，2）nonlocal关键字（Python3.x引入）

""" Implement a decorator, which return the runtime of the program. """import timedef clock(func):
    def clocked(*args):
        t0 = time.pref_counter()
        result = func(*args)
        elapsed = time.pref_counter() - t0
        name = func.__name__
        arg_str = ', '.join(repr(arg) for arg in args)
        print('[%0.8fs] %s(%s) -> %r' %(elpased, name, arg_str, result))        return result    return clocked

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