python的閉包

文章轉載來自http://blog.csdn.net/marty_fu/article/details/7679297

閉包這個概念在很多語言中都有涉及，本文主要談談python中的閉包。Python中使用閉包主要是在進行函數式開發時使用。

一，定義

python中的閉包從表現形式上定義（解釋）爲：如果在一個內部函數裏，對在外部作用域（但不是在全局作用域）的變量進行引用，那麼內部函數就被認爲是閉包(closure).這個定義是相對直白的，好理解的，不像其他定義那樣學究味道十足（那些學究味道重的解釋，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)
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結合這段簡單的代碼和定義來說明閉包：

如果在一個內部函數裏：adder(y)就是這個內部函數，

對在外部作用域（但不是在全局作用域）的變量進行引用：x就是被引用的變量，x在外部作用域addx裏面，但不在全局作用域裏，

則這個內部函數adder就是一個閉包。

再稍微講究一點的解釋是，閉包=函數塊+定義函數時的環境，adder就是函數塊，x就是環境，當然這個環境可以有很多，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

從執行結果可以看出，雖然在閉包裏面也定義了一個變量m，但是其不會改變外部函數中的局部變量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用閉包函數時都對變量a進行遞增的操作。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

這是因爲在執行代碼 c = foo()時，python會導入全部的閉包函數體bar()來分析其的局部變量，python規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認爲是bar()中的局部變量。再接下來執行print c()時，程序運行至a = a + 1時，因爲先前已經把a歸爲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設定爲一個容器就可以了。這樣使用起來多少有點不爽，所以在python3以後，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，還有一個容易產生錯誤的事例也經常被人在介紹python閉包時提起，我一直都沒覺得這個錯誤和閉包有什麼太大的關係，但是它倒是的確是在python函數式編程是容易犯的一個錯誤，我在這裏也不妨介紹一下。先看下面這段代碼

for i in range(3):
    print i

在程序裏面經常會出現這類的循環語句，Python的問題就在於，當循環結束以後，循環體中的臨時變量i不會銷燬，而是繼續存在於執行環境中。還有一個python的現象是，python的函數只有在執行時，纔會去找函數體裏的變量的值。

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

可能有些人認爲這段代碼的執行結果應該是2,3,4.但是實際的結果是4,4,4。這是因爲當把函數加入flist列表裏時，python還沒有給i賦值，只有當執行時，再去找i的值是什麼，這時在第一個for循環結束以後，i的值是2，所以以上代碼的執行結果是4,4,4.

解決方法也很簡單，改寫一下函數的定義就可以了。

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

三，作用

說了這麼多，不免有人要問，那這個閉包在實際的開發中有什麼用呢？閉包主要是在函數式開發過程中使用。以下介紹兩種閉包主要的用途。

用途1，當閉包執行完後，仍然能夠保持住當前的運行環境。

比如說，如果你希望函數的每次執行結果，都是基於這個函數上次的運行結果。我以一個類似棋盤遊戲的例子來說明。假設棋盤大小爲50*50，左上角爲座標系原點(0,0)，我需要一個函數，接收2個參數，分別爲方向(direction)，步長(step)，該函數控制棋子的運動。棋子運動的新的座標除了依賴於方向和步長以外，當然還要根據原來所處的座標點，用閉包就可以保持住這個棋子原來所處的座標。

origin = [0, 0]  # 座標系統原點
legal_x = [0, 50]  # x軸方向的合法座標
legal_y = [0, 50]  # y軸方向的合法座標
def create(pos=origin):
    def player(direction,step):
        # 這裏應該首先判斷參數direction,step的合法性，比如direction不能斜着走，step不能爲負等
        # 然後還要對新生成的x，y座標的合法性進行判斷處理，這裏主要是想介紹閉包，就不詳細寫了。
        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()  # 創建棋子player，起點爲原點
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軸負方向移動10步

輸出爲

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

用途2，閉包可以根據外部作用域的局部變量來得到不同的結果，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，閉包根據這個變量展現出不同的功能。比如有時我們需要對某些文件的特殊行進行分析，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，用面向對象也是可以很簡單的實現的，但是在用Python進行函數式編程時，閉包對數據的持久化以及按配置產生不同的功能，是很有幫助的。