Python3 闭包及装饰器

闭包也就是装饰器的实现,其作用在于:
1、不改变原函数内代码段;
2、不改变原函数名称;
3、为原函数增加新的功能,改变输出结果等等。

本文涉及到以下3个知识点:
1、作用域LEGB法则(知道的可以跳过)
2、闭包
3、装饰器

1、作用域LEGB法则

搜索变量名的作用域优先级:L局部 > E嵌套 > G全局 > B内置

L局部(local):def构建函数段中,定义的变量
E嵌套(enclosing):当前域该变量名无赋值操作,引用父级;反之引用当前
G全局(global):不在任何函数段内,写在所有函数外边,最外层的变量
B内置(built-in):系统__builtin__模块中的变量

L和G不用说了,局部和全局,就是函数里和函数外。
B内置,也不提了,一般碰不到。
主要说说E

def fa():
	a = 0
	def fb():
		print(a)
	fb()
	
fa()

fa()嵌套fb(),子函数中没有对变量a进行赋值操作,也是a=xxx之类的。所以在fb()的L中没有的时候,可以向上层也就是父级寻找,使用E作用域的中的变量。

假设这里改了一句

def fa():
	a = 0
	def fb():
		print(a)
		a = 1 # 这里加一句对a的赋值
	fb()
	
fa()

# 输出结果
Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 5, in fb
    print(a)
UnboundLocalError: local variable 'a' referenced before assignment
[Finished in 0.2s with exit code 1]

你会发现在print(a)的时候,就出现了a未定义的错误。原因在于fb()的L局部作用域中,有对a进行了赋值这样的操作,a不能使用父级的定义。而在打印输出时,局部函数中a尚未定义,导致程序报错。

那么局部就不可以修改父级了么?其实是可以的。
原理和global声明变量,局部变全局是一个道理。

def fa():
	a = 0
	def fb():
		nonlocal a
		print(a)
		a = 1
	fb()

fa()

使用nonlocal声明后,a的作用域就扩展到了父级,就又可以使用E嵌套作用域了。

2、闭包说明

首先以一段闭包实现的代码为例:

def fa():
	a = 0
	def fb():
		nonlocal a
		print(a)
		a = 1
	return fb

f = fa()
f()
f()

# 输出结果
0
1

将闭包函数,之前的嵌套函数对比
发现代码基本一致,只有最后的fb()变成了return fb

def fa():				# def fa():
	a = 0				# 	a = 0
	def fb():			# 	def fb():
		nonlocal a		#		nonlocal a
		print(a)		#		print(a)
		a = 1			#		a = 1
	return fb			#	fb()

这就导致程序没有执行内部函数fb,而是将内部函数打包作为输出。(闭包执行流程可以看当前页最下方的测试记录)

所以通过f = fa()返回的函数对象f,其实执行的是,打包好的内部函数fb()的内容,就是下面这段

	def fb():
		nonlocal a
		print(a)
		a = 1

但它的特别之处在于:
f创建时所携带的父层变量a会一直存在于内存中,不会因为函数执行完成而消失(除非你主动del f删掉)

f = fa()
f()
f()

# 输出结果
0
1

其结果分别为0和1的原因在于:
第1次f(),读取了f初始化时的a值进行输出为0,然后通过a=1a才变成1
第2次f(),因为a已经变成1,所以a值输出为1,然后通过a=1a依旧是1

其创建特征在于:函数嵌套,返回函数对象,返回那个函数引用了父层变量。
其使用特征在于:保存局部信息不被销毁。

3、装饰器说明

说完了闭包,来说装饰器。

首先写一个闭包程序,
函数funca将输入参数+1,作为结果输出。
闭包实现的是任意输入函数,将其输出结果求平方。
所以将funca打包成new_funca后,输出结果变成了(1+1)2=4(1+1)^2=4

def build_bibao(f):
	def bibao(*args):
		result = f(*args)
		return result**2
	return bibao

def funca(num):
	return num+1

new_funca = build_bibao(funca)
print(new_funca(1))

# 输出结果
4

那么将上面代码用@简写,其实就是装饰器的实现。

def build_bibao(f):
	def bibao(*args):
		result = f(*args)
		return result**2
	return bibao

@build_bibao
def funca(num):
	return num+1

print(funca(1))

# 输出结果
4

装饰器实际上对输入函数funca做了包装,然后给你返回了包装好的,附加了新功能(结果求平方)的funca

============================================================

下面是自己研究闭包时候,做的一些测试(只做记录,可以忽略)

代码如下:

def funx(x):
	return x*x
	
def build_bibao(func):
	def bibao(j):
		return func(j)
	return bibao
	
new_funx = build_bibao(funx)
new_funx(5)

添加打印输出,确认其执行过程:

def funx(x):
	return x*x
	
def build_bibao(func):
	print(0,type(func),func)
	def bibao(j):
		print(3,type(j),j)
		print(4,type(func.__name__),func.__name__)
		print(5,type(func(j)),func(j))
		return func(j)
	print(1,type(bibao),bibao)
	return bibao
	
new_funx = build_bibao(funx)
print(2,type(new_funx),new_funx)
new_funx(5)

可以依照打印序号,确认执行顺序和结果

0 <class 'function'> <function funx at 0x000002AA4EA72EA0>
1 <class 'function'> <function build_bibao.<locals>.bibao at 0x000002AA4EDD8730>
2 <class 'function'> <function build_bibao.<locals>.bibao at 0x000002AA4EDD8730>
3 <class 'int'> 5
4 <class 'str'> funx
5 <class 'int'> 25
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