Python进阶：携带状态的闭包
以前也发过介绍闭包的文章，今天学习一下如何在闭包中携带状态。
作者：Ethan
原文：https://funhacks.net/2016/11/17/closure/
闭包
在 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：
from math import pow
def make_pow(n):
def inner_func(x): # 嵌套定义了 inner_func
return pow(x, n) # 注意这里引用了外部函数的 n
return inner_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：
from math import sqrt
class Point(object):
def __init__(self, x, y):
self.x, self.y = x, y
def get_distance(self, u, v):
distance = sqrt((self.x - u) ** 2 + (self.y - v) ** 2)
return distance
>> > 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：
def point(x, y):
def get_distance(u, v):
return sqrt((x - u) ** 2 + (y - v) ** 2)
return get_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：
def count():
funcs = []
for i in [1, 2, 3]:
def f():
return i
funcs.append(f)
return funcs
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：
def count():
funcs = []
for i in [1, 2, 3]:
def g(param):
f = lambda: param # 这里创建了一个匿名函数
return f
funcs.append(g(i)) # 将循环变量的值传给 g
return funcs
>> > f1, f2, f3 = count()
>> > f1()
1
>> > f2()
2
>> > f3()
3
小结
-
闭包是携带自由变量的函数，即使创建闭包的外部函数的生命周期结束了，闭包所引用的自由变量仍会存在。
-
闭包在运行可以有多个实例。
-
尽量不要在闭包中引用循环变量，或者后续会发生变化的变量。
参考资料
题图：pexels，CC0 授权。
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