Python入門(mén)系列27 - 進(jìn)階必修之閉包(二)

Python入門(mén)系列27

進(jìn)階必修之閉包（二）

本篇閱讀時(shí)間約為7分鐘。

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前言

忘記之前的閉包（一），可以點(diǎn)擊下面的鏈接進(jìn)行回顧。

Python入門(mén)系列26 - 進(jìn)階必修之閉包（一）

這里還是多說(shuō)一句，閉包在編寫(xiě)代碼的過(guò)程中并不是必不可少的，某些場(chǎng)景下使用閉包，對(duì)編程的代碼在架構(gòu)上會(huì)起到精簡(jiǎn)代碼的作用，但是絕不是說(shuō)少了閉包就無(wú)法實(shí)現(xiàn)功能了！就像類和對(duì)象一樣，沒(méi)有對(duì)象和類就不能寫(xiě)代碼了嗎？？我們依然可以用普通的函數(shù)去實(shí)現(xiàn)某些功能！

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舉個(gè)栗子看閉包

西游記的故事大家都有所聽(tīng)說(shuō)，唐玄奘西天一去，取經(jīng)之路長(zhǎng)達(dá)十萬(wàn)八千里，而悟空一跟頭就能翻到地方，卻依然一路護(hù)送唐僧，其實(shí)這是有原由的：如來(lái)佛祖在取經(jīng)任務(wù)前就跟這取經(jīng)小團(tuán)隊(duì)說(shuō)了，你們要想取到這真經(jīng)，就得踏踏實(shí)實(shí)，一步一腳印，還要過(guò)這九九八十一難。而中途經(jīng)過(guò)了：

長(zhǎng)安(今陜西西安)——秦州(今甘肅天水)——蘭州——涼州(今甘肅武威)——瓜州(今甘肅安西縣東南)——玉門(mén)關(guān)——伊吾(今新疆哈密)——高昌(今新疆吐魯番)——阿耆尼國(guó)(今新疆焉耆)——屈支國(guó)(今新疆庫(kù)車(chē))——跋逯迦國(guó)(今新疆阿克蘇)——凌山(今天山穆蘇爾嶺)——大清池(今吉爾吉斯斯坦伊塞克湖)——素葉城(即碎葉城，今吉爾吉斯斯坦托克馬克西南)——昭武九姓七國(guó)(都在今烏茲別克斯坦境內(nèi))——鐵門(mén)(烏茲別克斯坦南部茲嘎拉山口)——今阿富汗北境——大雪山(今興都庫(kù)什山)——今阿富汗貝格拉姆——巴基斯坦白沙瓦城——印度

這么一寫(xiě)出來(lái)，唐僧走了這么遠(yuǎn)的嗎！233333333333....回歸正題，唐僧師父是從東土大唐而來(lái)，東土大唐的長(zhǎng)安作為整個(gè)西游的起點(diǎn)，其中每過(guò)之地的總行進(jìn)距離應(yīng)該是在上一個(gè)地點(diǎn)的距離進(jìn)行累加。比如在長(zhǎng)安時(shí)，起始的西游距離是0，當(dāng)經(jīng)歷過(guò)一難之后，走到了秦州，行進(jìn)距離增加到100里，再過(guò)一劫，到了蘭州，秦州到蘭州的距離是200里，此時(shí)行進(jìn)距離是在100里的基礎(chǔ)上加200里，到蘭州時(shí)，總行進(jìn)了300里，后續(xù)以此類推....每到一個(gè)國(guó)度，使用中途經(jīng)過(guò)的距離與上次進(jìn)行累加，請(qǐng)打印輸出每次途徑國(guó)度的總行進(jìn)距離（各國(guó)度到長(zhǎng)安的距離）。

接下來(lái)，請(qǐng)你用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)一下。

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非閉包實(shí)現(xiàn)栗子

首先來(lái)看下，非閉包實(shí)現(xiàn)的例子，在開(kāi)題之時(shí)就說(shuō)過(guò)，閉包并不是必不可少的東西，即使沒(méi)有閉包，功能依然可以實(shí)現(xiàn)。依然是有邏輯的講下最終代碼的實(shí)現(xiàn)，步驟如下：

1. 定義walk函數(shù)，將每次的間隔距離傳入到其中，每次進(jìn)行相加看結(jié)果

ChangAn_distance?=?0

def?walk(midway_distance):
????total_distance?=?ChangAn_distance?+?midway_distance
????return?total_distance

print(f'從長(zhǎng)安到秦州的總距離{walk(100)}')
print(f'從長(zhǎng)安到蘭州的總距離：{walk(200)}')
print(f'從長(zhǎng)安到?jīng)鲋莸目偩嚯x{walk(300)}')

講解：定義初始變量 - 長(zhǎng)安街的距離，再定義一個(gè)walk走路的函數(shù)，將每次中途的距離傳入此函數(shù)中，在其中計(jì)算每次相加的距離，將結(jié)果返回，如下：

這樣寫(xiě)的最終結(jié)果，只是打印出了每次中間的距離，比如100，就是長(zhǎng)安到泰州的距離，200里是泰州到蘭州的距離，而不應(yīng)該是長(zhǎng)安到蘭州的總距離。所以這樣寫(xiě)是不對(duì)的，繼續(xù)看步驟2。

2. 將計(jì)算的總距離賦值給初始值ChangAn_distance

ChangAn_distance?=?0

def?walk(midway_distance):
????total_distance?=?ChangAn_distance?+?midway_distance
????ChangAn_distance?=?total_distance
????return?ChangAn_distance

print(f'從長(zhǎng)安到秦州的總距離{walk(100)}')
print(f'從長(zhǎng)安到蘭州的總距離：{walk(200)}')
print(f'從長(zhǎng)安到?jīng)鲋莸目偩嚯x{walk(300)}')

講解：將計(jì)算的總距離賦值給初始距離，這樣一來(lái)每次 ChangAn_distance 就會(huì)進(jìn)行累加，最終將其返回就是總距離了。看第一個(gè)print執(zhí)行時(shí)，調(diào)用了walk函數(shù)傳入100，total_distance 算出來(lái)得100，ChangAn_distance 接下來(lái)被賦值為100，其自身從0變?yōu)榱?00；到第二個(gè)print時(shí)，此時(shí)的?ChangAn_distance 已經(jīng)變?yōu)榱?00，所以在第二個(gè)print時(shí)候調(diào)用的walk函數(shù)，里面的 total_distance 算出來(lái)得就是 100 + 200 = 300，以此類推.....

乍一看這段思維邏輯是沒(méi)有任何問(wèn)題的，但是若是執(zhí)行時(shí)，就會(huì)像下圖一樣報(bào)錯(cuò)：

錯(cuò)誤信息是：本地變量 ChangAn_distance?在引用之前沒(méi)有被定義。有人可能會(huì)想到上節(jié)中說(shuō)到的，函數(shù)內(nèi)部找不到變量，會(huì)向外層尋找，外層不是已經(jīng)初始化了嗎？怎么還會(huì)報(bào)錯(cuò)呢！實(shí)際上是因?yàn)榇诵写a受到了賦值變量的影響，也就是16行寫(xiě)到的代碼，可以看步驟1中，若將16行代碼抹掉，是不會(huì)報(bào)錯(cuò)的。在Python中，16行代碼的左側(cè)變量?ChangAn_distance ，解釋器一旦發(fā)現(xiàn)它在左側(cè)，說(shuō)明在局部的函數(shù)中就認(rèn)為是對(duì)其進(jìn)行初始化了，但是在walk函數(shù)中并沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行初始化，所以報(bào)錯(cuò)了。

3. 將 ChangAn_distance 設(shè)為全局變量即可

ChangAn_distance?=?0

def?walk(midway_distance):
????global?ChangAn_distance
????total_distance?=?ChangAn_distance?+?midway_distance
????ChangAn_distance?=?total_distance
????return?ChangAn_distance

print(f'從長(zhǎng)安到秦州的總距離{walk(100)}')
print(f'從長(zhǎng)安到蘭州的總距離：{walk(200)}')
print(f'從長(zhǎng)安到?jīng)鲋莸目偩嚯x{walk(300)}')

通過(guò)global關(guān)鍵詞，可以將變量定義為全局的變量，此時(shí)在進(jìn)行調(diào)用就不會(huì)出現(xiàn)步驟2中的錯(cuò)誤了，如下：

這個(gè)答案正是程序的正確答案！唐僧感到欣慰啊........

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閉包實(shí)現(xiàn)栗子

前面又鋪墊了這么多，現(xiàn)在讓我們來(lái)用閉包實(shí)現(xiàn)一下唐僧取經(jīng)的例子！依然是分為幾個(gè)步驟，如下：

1. 定義閉包函數(shù)，外層函數(shù)假設(shè)是騎馬，內(nèi)層函數(shù)是走路

西天取經(jīng)之路，大部分時(shí)間唐僧是騎馬行進(jìn)的，這樣一來(lái)，馬可以作為一個(gè)代步工具來(lái)使用，當(dāng)沒(méi)有馬的時(shí)候，只好自己走路咯。所以定義外層函數(shù)為騎馬，內(nèi)層函數(shù)為走路：

ChangAn_distance?=?0

def?ride_horse(init_distance):
????def?walk(midway_distance):
????????total_distance?=?init_distance?+?midway_distance
????????init_distance?=?total_distance
????????return?init_distance

????return?walk

w?=?ride_horse(ChangAn_distance)
print(f'從長(zhǎng)安到秦州的總距離{w(100)}')
print(f'從長(zhǎng)安到蘭州的總距離：{w(200)}')
print(f'從長(zhǎng)安到?jīng)鲋莸目偩嚯x{w(300)}')

通過(guò)白龍馬這層代步工具，我們可以在起始的時(shí)候，將起始距離（ChangAn_distance）傳入到騎馬函數(shù)（ride_horse）里，使用閉包的特性，在調(diào)用外層函數(shù)時(shí)，將內(nèi)層的walk函數(shù)返回從而得到w，調(diào)用w將中途距離（100，200，300）傳入，最后輸出打印！walk函數(shù)中的計(jì)算邏輯是和非閉包一樣的，看懂了非閉包后，看這個(gè)也是一樣的，于是運(yùn)行如下：

2. 使用 nonlocal 關(guān)鍵詞告知python變量非本地變量

只需使用 nonlocal 定義變量，方可告知Python此變量并不是本地變量即可。

有人可能會(huì)有疑問(wèn)，這寫(xiě)法是閉包嗎？結(jié)合上節(jié)課說(shuō)到的，不是要有個(gè)環(huán)境變量與內(nèi)部函數(shù)組成封閉在一起使用嗎！想到這里的同學(xué)，說(shuō)明動(dòng)腦思考了喲！沒(méi)錯(cuò)，在這個(gè)例子中，作為環(huán)境變量而言的其實(shí)是外部函數(shù)（ride_horse）中的形參，也就是init_distance！來(lái)驗(yàn)證下唄：

ChangAn_distance?=?0

def?ride_horse(init_distance):
????def?walk(midway_distance):
????????nonlocal?init_distance
????????total_distance?=?init_distance?+?midway_distance
????????init_distance?=?total_distance
????????return?init_distance

????return?walk

w?=?ride_horse(ChangAn_distance)
print(f'從長(zhǎng)安到秦州的總距離{w(100)}')
print(w.__closure__)
print(w.__closure__[0].cell_contents)
print(f'從長(zhǎng)安到蘭州的總距離：{w(200)}')
print(w.__closure__)
print(w.__closure__[0].cell_contents)
print(f'從長(zhǎng)安到?jīng)鲋莸目偩嚯x{w(300)}')
print(w.__closure__)
print(w.__closure__[0].cell_contents)

關(guān)于閉包與非閉包的區(qū)別，一張圖醒目：

閉包之后是不會(huì)對(duì)全局變量的值進(jìn)行修改的！而非閉包內(nèi)部計(jì)算時(shí)影響了外部全局的變量！

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關(guān)于閉包的面試題

來(lái)看一道比較基礎(chǔ)的，跟閉包相關(guān)的面試題：

def?f1():
????a?=?100

????def?f2():
????????a?=?200
????????print(a)

????print(a)
????f2()
????print(a)

f1()

思考一下，最終會(huì)輸出什么呢？如下：

想一休哥一樣思考吧.......不解釋原因了！論動(dòng)手實(shí)踐的重要性！

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總結(jié)

總之大家要是想明白閉包是個(gè)怎么樣的概念以及其自身是怎么樣的一個(gè)存在，還是自己動(dòng)手多多實(shí)踐下，實(shí)踐出真理啊！閉包算是比較難的一個(gè)概念了，因?yàn)槠浔旧砭褪呛艹橄蟮拇嬖冢》凑P者是逼著自己完成的閉包篇，中途是真的想放棄，不太想寫(xiě)了.....堅(jiān)挺之后，收獲最大的還是自己！對(duì)這種“函數(shù)式編程”有了更深一步了解....

至此完！