在函數(shù)編程中經(jīng)常用到閉包。閉包是什么，它是怎么產(chǎn)生的及用來解決什么問題呢。給出字面的定義先：閉包是由函數(shù)及其相關(guān)的引用環(huán)境組合而成的實體(即：閉包=函數(shù)+引用環(huán)境)(想想Erlang的外層函數(shù)傳入一個參數(shù)a, 內(nèi)層函數(shù)依舊傳入一個參數(shù)b, 內(nèi)層函數(shù)使用a和b, 最后返回內(nèi)層函數(shù))。這個從字面上很難理解，特別對于一直使用命令式語言進(jìn)行編程的程序員們。本文將結(jié)合實例代碼進(jìn)行解釋。
函數(shù)是什么
地球人都知道：函數(shù)只是一段可執(zhí)行代碼，編譯后就“固化”了，每個函數(shù)在內(nèi)存中只有一份實例，得到函數(shù)的入口點便可以執(zhí)行函數(shù)了。在函數(shù)式編程語言中，函 數(shù)是一等公民（First class value：第一類對象，我們不需要像命令式語言中那樣借助函數(shù)指針，委托操作函數(shù)），函數(shù)可以作為另一個函數(shù)的參數(shù)或返回值，可以賦給一個變量。函數(shù)可 以嵌套定義，即在一個函數(shù)內(nèi)部可以定義另一個函數(shù)，有了嵌套函數(shù)這種結(jié)構(gòu)，便會產(chǎn)生閉包問題。如：

>>>?def?ExFunc(n):
?????sum=n
?????def?InsFunc():
?????????????return?sum+1
?????return?InsFunc

>>>?myFunc=ExFunc(10)
>>>?myFunc()
11
>>>?myAnotherFunc=ExFunc(20)
>>>?myAnotherFunc()
21
>>>?myFunc()
11
>>>?myAnotherFunc()
21
>>>

在這段程序中，函數(shù)InsFunc是函數(shù)ExFunc的內(nèi)嵌函數(shù)，并且是ExFunc函數(shù)的返回值。我們注意到一個問題：內(nèi)嵌函數(shù)InsFunc中 引用到外層函數(shù)中的局部變量sum，IronPython會這么處理這個問題呢？先讓我們來看看這段代碼的運(yùn)行結(jié)果。當(dāng)我們調(diào)用分別由不同的參數(shù)調(diào)用 ExFunc函數(shù)得到的函數(shù)時（myFunc()，myAnotherFunc()），得到的結(jié)果是隔離的，也就是說每次調(diào)用ExFunc函數(shù)后都將生成并保存一個新的局部變量sum。其實這里ExFunc函數(shù)返回的就是閉包。

引用環(huán)境
按照命令式語言的規(guī)則，ExFunc函數(shù)只是返回了內(nèi)嵌函數(shù)InsFunc的地址，在執(zhí)行InsFunc函數(shù)時將會由于在其作用域內(nèi)找不到sum變量而出 錯。而在函數(shù)式語言中，當(dāng)內(nèi)嵌函數(shù)體內(nèi)引用到體外的變量時，將會把定義時涉及到的引用環(huán)境和函數(shù)體打包成一個整體（閉包）返回。現(xiàn)在給出引用環(huán)境的定義就 容易理解了：引用環(huán)境是指在程序執(zhí)行中的某個點所有處于活躍狀態(tài)的約束（一個變量的名字和其所代表的對象之間的聯(lián)系）所組成的集合。閉包的使用和正常的函 數(shù)調(diào)用沒有區(qū)別。

由于閉包把函數(shù)和運(yùn)行時的引用環(huán)境打包成為一個新的整體，所以就解決了函數(shù)編程中的嵌套所引發(fā)的問題。如上述代碼段中，當(dāng)每次調(diào)用ExFunc函數(shù) 時都將返回一個新的閉包實例，這些實例之間是隔離的，分別包含調(diào)用時不同的引用環(huán)境現(xiàn)場。不同于函數(shù)，閉包在運(yùn)行時可以有多個實例，不同的引用環(huán)境和相同 的函數(shù)組合可以產(chǎn)生不同的實例。

?一，定義
python中的閉包從表現(xiàn)形式上定義（解釋）為：如果在一個內(nèi)部函數(shù)里，對在外部作用域（但不是在全局作用域）的變量進(jìn)行引用，那么內(nèi)部函數(shù)就被認(rèn)為是閉包(closure).這個定義是相對直白的，好理解的，不像其他定義那樣學(xué)究味道十足（那些學(xué)究味道重的解釋，在對一個名詞的解釋過程中又充滿了一堆讓人抓狂的其他陌生名詞，不適合初學(xué)者）。下面舉一個簡單的例子來說明。

>>>def addx(x): >>> def adder(y): return x + y >>> return adder >>> c = addx(8) >>> type(c) <type 'function'> >>> c.__name__ 'adder' >>> c(10) 18

結(jié)合這段簡單的代碼和定義來說明閉包：
如果在一個內(nèi)部函數(shù)里：adder(y)就是這個內(nèi)部函數(shù)，
對在外部作用域（但不是在全局作用域）的變量進(jìn)行引用：x就是被引用的變量，x在外部作用域addx里面，但不在全局作用域里，
則這個內(nèi)部函數(shù)adder就是一個閉包。

再稍微講究一點的解釋是，閉包=函數(shù)塊+定義函數(shù)時的環(huán)境，adder就是函數(shù)塊，x就是環(huán)境，當(dāng)然這個環(huán)境可以有很多，不止一個簡單的x。

二，使用閉包注意事項
1，閉包中是不能修改外部作用域的局部變量的

>>> def foo(): ... m = 0 ... def foo1(): ... m = 1 ... print m ... ... print m ... foo1() ... print m ... >>> foo() 0 1 0

從執(zhí)行結(jié)果可以看出，雖然在閉包里面也定義了一個變量m，但是其不會改變外部函數(shù)中的局部變量m。

2，以下這段代碼是在python中使用閉包時一段經(jīng)典的錯誤代碼

def foo(): a = 1 def bar(): a = a + 1 return a return bar

這段程序的本意是要通過在每次調(diào)用閉包函數(shù)時都對變量a進(jìn)行遞增的操作。但在實際使用時

>>> c = foo() >>> print c() Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> File "<stdin>", line 4, in bar UnboundLocalError: local variable 'a' referenced before assignment

這是因為在執(zhí)行代碼 c = foo()時，python會導(dǎo)入全部的閉包函數(shù)體bar()來分析其的局部變量，python規(guī)則指定所有在賦值語句左面的變量都是局部變量，則在閉包bar()中，變量a在賦值符號"="的左面，被python認(rèn)為是bar()中的局部變量。再接下來執(zhí)行print c()時，程序運(yùn)行至a = a + 1時，因為先前已經(jīng)把a(bǔ)歸為bar()中的局部變量，所以python會在bar()中去找在賦值語句右面的a的值，結(jié)果找不到，就會報錯。解決的方法很簡單

def foo(): a = [1] def bar(): a[0] = a[0] + 1 return a[0] return bar

只要將a設(shè)定為一個容器就可以了。這樣使用起來多少有點不爽，所以在python3以后，在a = a + 1 之前，使用語句nonloacal a就可以了，該語句顯式的指定a不是閉包的局部變量。

3，還有一個容易產(chǎn)生錯誤的事例也經(jīng)常被人在介紹python閉包時提起，我一直都沒覺得這個錯誤和閉包有什么太大的關(guān)系，但是它倒是的確是在python函數(shù)式編程是容易犯的一個錯誤，我在這里也不妨介紹一下。先看下面這段代碼

for i in range(3): print i

在程序里面經(jīng)常會出現(xiàn)這類的循環(huán)語句，Python的問題就在于，當(dāng)循環(huán)結(jié)束以后，循環(huán)體中的臨時變量i不會銷毀，而是繼續(xù)存在于執(zhí)行環(huán)境中。還有一個python的現(xiàn)象是，python的函數(shù)只有在執(zhí)行時，才會去找函數(shù)體里的變量的值。

flist = [] for i in range(3): def foo(x): print x + i flist.append(foo) for f in flist: f(2)

可能有些人認(rèn)為這段代碼的執(zhí)行結(jié)果應(yīng)該是2,3,4.但是實際的結(jié)果是4,4,4。這是因為當(dāng)把函數(shù)加入flist列表里時，python還沒有給i賦值，只有當(dāng)執(zhí)行時，再去找i的值是什么，這時在第一個for循環(huán)結(jié)束以后，i的值是2，所以以上代碼的執(zhí)行結(jié)果是4,4,4.
解決方法也很簡單，改寫一下函數(shù)的定義就可以了。

for i in range(3): def foo(x,y=i): print x + y flist.append(foo)

三，作用
說了這么多，不免有人要問，那這個閉包在實際的開發(fā)中有什么用呢？閉包主要是在函數(shù)式開發(fā)過程中使用。以下介紹兩種閉包主要的用途。

用途1，當(dāng)閉包執(zhí)行完后，仍然能夠保持住當(dāng)前的運(yùn)行環(huán)境。
比如說，如果你希望函數(shù)的每次執(zhí)行結(jié)果，都是基于這個函數(shù)上次的運(yùn)行結(jié)果。我以一個類似棋盤游戲的例子來說明。假設(shè)棋盤大小為50*50，左上角為坐標(biāo)系原點(0,0)，我需要一個函數(shù)，接收2個參數(shù)，分別為方向(direction)，步長(step)，該函數(shù)控制棋子的運(yùn)動。棋子運(yùn)動的新的坐標(biāo)除了依賴于方向和步長以外，當(dāng)然還要根據(jù)原來所處的坐標(biāo)點，用閉包就可以保持住這個棋子原來所處的坐標(biāo)。

origin = [0, 0] # 坐標(biāo)系統(tǒng)原點 legal_x = [0, 50] # x軸方向的合法坐標(biāo) legal_y = [0, 50] # y軸方向的合法坐標(biāo) def create(pos=origin): def player(direction,step): # 這里應(yīng)該首先判斷參數(shù)direction,step的合法性，比如direction不能斜著走，step不能為負(fù)等 # 然后還要對新生成的x，y坐標(biāo)的合法性進(jìn)行判斷處理，這里主要是想介紹閉包，就不詳細(xì)寫了。 new_x = pos[0] + direction[0]*step new_y = pos[1] + direction[1]*step pos[0] = new_x pos[1] = new_y #注意！此處不能寫成 pos = [new_x, new_y]，原因在上文有說過 return pos return player player = create() # 創(chuàng)建棋子player，起點為原點 print player([1,0],10) # 向x軸正方向移動10步 print player([0,1],20) # 向y軸正方向移動20步 print player([-1,0],10) # 向x軸負(fù)方向移動10步

輸出為

[10, 0] [10, 20] [0, 20]

用途2，閉包可以根據(jù)外部作用域的局部變量來得到不同的結(jié)果，這有點像一種類似配置功能的作用，我們可以修改外部的變量，閉包根據(jù)這個變量展現(xiàn)出不同的功能。比如有時我們需要對某些文件的特殊行進(jìn)行分析，先要提取出這些特殊行。

def make_filter(keep): def the_filter(file_name): file = open(file_name) lines = file.readlines() file.close() filter_doc = [i for i in lines if keep in i] return filter_doc return the_filter

如果我們需要取得文件"result.txt"中含有"pass"關(guān)鍵字的行，則可以這樣使用例子程序

filter = make_filter("pass") filter_result = filter("result.txt")

以上兩種使用場景，用面向?qū)ο笠彩强梢院芎唵蔚膶崿F(xiàn)的，但是在用Python進(jìn)行函數(shù)式編程時，閉包對數(shù)據(jù)的持久化以及按配置產(chǎn)生不同的功能，是很有幫助的。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Python-闭包详解的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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