深入理解 Python 內(nèi)部函數(shù)和閉包（進(jìn)階）

大家好，我是安果！

本文以?xún)?nèi)部函數(shù)為主線，深入講解內(nèi)部函數(shù)和閉包的應(yīng)用場(chǎng)景和原理，學(xué)會(huì)后你的 Python 水平會(huì)再上一個(gè)臺(tái)階，對(duì)工作面試或?qū)崙?zhàn)應(yīng)用都會(huì)很有幫助

本文包括：

1. 函數(shù)是一等公民
2. 內(nèi)部函數(shù)定義
3. 閉包和 nonlocal 關(guān)鍵詞
4. 應(yīng)用場(chǎng)景 - 封裝
5. 應(yīng)用場(chǎng)景 - 函數(shù)生成器
6. 函應(yīng)用場(chǎng)景 - 裝飾器
7. 閉包實(shí)現(xiàn)原理

函數(shù)是一等公民

Python 是面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，對(duì)象是 Python 的一等公民，我們常用的字符串str，整數(shù)?int，和其他變量都是對(duì)象

函數(shù)也是對(duì)象，所以也是一等公民，這就意味著它和變量一樣

1. 可以作為參數(shù)被傳遞
2. 可以在函數(shù)內(nèi)部定義
3. 可以作為函數(shù)返回值
4. 函數(shù)可以賦值給變量
   

def?say_hello():
????print('hello')

print(say_hello)

def?say_something(some_func):
????for?_?in?range(3):
????????some_func()

say_something(say_hello)

執(zhí)行結(jié)果：

<function?say_hello?at?0x7ff3d35b9160>
hello
hello
hello

內(nèi)部函數(shù)

把函數(shù)的內(nèi)部定義函數(shù)，就是內(nèi)部函數(shù)（有點(diǎn)像廢話，但就那么個(gè)意思）

def?outter():
????print('我是外部函數(shù)')
????def?inner():
????????print('我是outter的內(nèi)部函數(shù)')
????print('調(diào)用內(nèi)部函數(shù)')
????inner()
????print('我再次調(diào)用內(nèi)部函數(shù)，自己家的想用就用，隨時(shí)用')
????inner()
????print('還可以返回給大家共用')
????return?inner?

#調(diào)用外部函數(shù)，并接受返回值
func?=?outter()

#調(diào)用outter返回的內(nèi)部函數(shù)
print('在外部調(diào)用內(nèi)部函數(shù)')
func()

注意： 調(diào)用的時(shí)候加小括號(hào)inner()，作為參數(shù)或者返回值的時(shí)候不加小括號(hào)inner，是引用這個(gè)函數(shù)對(duì)象

執(zhí)行結(jié)果：

我是外部函數(shù)
調(diào)用內(nèi)部函數(shù)
我是outter的內(nèi)部函數(shù)
我再次調(diào)用內(nèi)部函數(shù)，自己家的想用就用，隨時(shí)用
我是outter的內(nèi)部函數(shù)
還可以返回給大家共用
在外部調(diào)用內(nèi)部函數(shù)
我是outter的內(nèi)部函數(shù)

閉包

如果內(nèi)部函數(shù)只是把函數(shù)定義在函數(shù)的內(nèi)部，那就沒(méi)有多大意思了，它還有一個(gè)很大的特點(diǎn)，正因?yàn)檫@個(gè)特點(diǎn)，它才被稱(chēng)為：閉包 clsure

學(xué)過(guò) JavaScript 的非小白同學(xué)可能會(huì)對(duì)這個(gè)概念很熟悉

內(nèi)部函數(shù)還有一個(gè)很重要的特性：

1. 可以訪問(wèn)它所屬的外部函數(shù)的局部變量，這些變量被稱(chēng)為 nonlocal，或者enclosing 變量
2. 可以攜帶這些 nonlocal 變量，讓它們不會(huì)被回收

所以說(shuō) Python 中的閉包就是內(nèi)部函數(shù)，準(zhǔn)確點(diǎn)說(shuō)，它是使用了 nonlocal 變量的內(nèi)部函數(shù)

import?random
def?create_room():
????room_no?=?random.randint(1,?100)?
????print(f'我創(chuàng)建了房間號(hào)：{room_no}')

????def?toilet():
????????print(f'我是{room_no}的內(nèi)部廁所')
????print('上廁所')
????toilet()
????print('我再次上廁所，自己家的想用就用，隨時(shí)用')
????toilet()
????print('還可以共享給大家共用')
????return?toilet

#調(diào)用外部函數(shù)，并接受返回值
toilet?=?create_room()

#調(diào)用outter返回的內(nèi)部函數(shù)
print('在外部使用內(nèi)部廁所')
toilet()

print('在外部再次使用內(nèi)部廁所')
toilet()

運(yùn)行結(jié)果：

我創(chuàng)建了房間號(hào)：52
上廁所
我是52的內(nèi)部廁所
我再次上廁所，自己家的想用就用，隨時(shí)用
我是52的內(nèi)部廁所
還可以共享給大家共用
在外部使用內(nèi)部廁所
我是52的內(nèi)部廁所
在外部再次使用內(nèi)部廁所
我是52的內(nèi)部廁所

• 在調(diào)用一個(gè) create_room 的時(shí)候臨時(shí)生成了房間號(hào)，一個(gè)局部變量 room_no
• 在內(nèi)部函數(shù) toilet 中可以直接訪問(wèn)外部函數(shù)的局部變量，這是內(nèi)部函數(shù)的特性。
• 局部變量 room_no 本來(lái)在函數(shù)執(zhí)行完就釋放的，但由于內(nèi)部函數(shù) toilet 引用了它就不會(huì)被釋放了，在外部調(diào)用的時(shí)候仍然可以引用到，如此就形成了閉包

說(shuō)的這么玄乎，其實(shí)就是內(nèi)部函數(shù)使用了外部函數(shù)的局部變量，所以局部變量被內(nèi)部函數(shù)給封存了，也就不會(huì)釋放了

nonlocal關(guān)鍵詞

內(nèi)部函數(shù)也可以改寫(xiě)外部函數(shù)的變量值，但需要使用 nonlocal 關(guān)鍵詞聲明這是外部的變量。

回憶一下：函數(shù)內(nèi)部修改全局變量，需要使用 global 關(guān)鍵詞

import?random

def?create_room():
????room_no?=?random.randint(1,?100)
????print(f'我創(chuàng)建了房間號(hào)：{room_no}')

????def?toilet():
????????nonlocal?room_no
????????room_no?=?random.randint(1,?100)
????????print(f'我是{room_no}的內(nèi)部廁所')
????
????print('上廁所')
????toilet()
????print(f'房間號(hào)：{room_no}')
????print('我再次上廁所，自己家的想用就用，隨時(shí)用')
????toilet()
????print(f'房間號(hào)：{room_no}')
????print('還可以共享給大家共用')
????return?toilet


#調(diào)用外部函數(shù)，并接受返回值
toilet?=?create_room()

#調(diào)用outter返回的內(nèi)部函數(shù)
print('在外部使用內(nèi)部廁所')
toilet()

print('在外部再次使用內(nèi)部廁所')
toilet()

使用 nonlocal 在內(nèi)部函數(shù)改變外部變量 room_no 的值，所以每次上廁所，都會(huì)改變房間號(hào)：

我創(chuàng)建了房間號(hào)：39
上廁所
我是43的內(nèi)部廁所
房間號(hào)：43
我再次上廁所，自己家的想用就用，隨時(shí)用
我是66的內(nèi)部廁所
房間號(hào)：66
還可以共享給大家共用
在外部使用內(nèi)部廁所
我是52的內(nèi)部廁所
在外部再次使用內(nèi)部廁所
我是29的內(nèi)部廁所

其實(shí)內(nèi)部函數(shù)就這么點(diǎn)東西了（后面再說(shuō)它的實(shí)現(xiàn)原理），現(xiàn)在來(lái)看到底有什么實(shí)實(shí)在在的用處。

下面來(lái)說(shuō) 3 個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景：

應(yīng)用場(chǎng)景1 - 封裝

寫(xiě)在內(nèi)部是因?yàn)橹挥性趦?nèi)部才有用，外部根本不需要，也不想讓他們使用，就像上面的內(nèi)部廁所的例子，實(shí)際上是不可能在外面使用的，這種場(chǎng)景叫做 封裝

import?random

def?create_room():
????room_no?=?random.randint(1,?100)
????print(f'我創(chuàng)建了房間號(hào)：{room_no}')

????def?toilet():
????????print(f'歡迎進(jìn)入{room_no}的VIP廁所')
????????print('沖水')
????????print('請(qǐng)君入廁')
????????print('洗手')
????????print('熱毛巾')
????????print('歡迎下次光臨')

????print('上廁所')
????toilet()
????print('上廁所')
????toilet()
????print('上廁所')
????toilet()

#調(diào)用外部函數(shù)，并接受返回值
create_room()

• 上廁所是 create_room 所獨(dú)有的配方，不希望外面使用
• 上廁所的過(guò)程獨(dú)有配方是比較復(fù)雜的，有必要封裝到函數(shù)內(nèi)，否則每次上廁所都要重復(fù)這些代碼

再總結(jié)一下：

1. 封裝一方面不希望對(duì)外暴露函數(shù)
2. 也為了方便內(nèi)部的重用

應(yīng)用場(chǎng)景2 - 函數(shù)生成器

內(nèi)部函數(shù)可以方便的生成新的函數(shù)，看這個(gè)例子：

def?team_maker(type,?level,?temperature):
????'''
????type:?品種，如綠茶，紅茶
????level:?等級(jí)，特級(jí)，一級(jí)，二級(jí)
????temper:?溫度
????'''
????def?tea(water):
????????print('正在沏茶中')
????????print(f'{type},{level},?{temperature}')
????????print(f'{water}毫升給您沖好了')
????return?tea


#創(chuàng)建符合我口味的沏茶函數(shù)
mytea?=?team_maker('綠茶',?'特級(jí)',?'66.6')
#創(chuàng)建符合她口味的沏茶函數(shù)
herteam?=?team_maker('紅茶',?'一級(jí)',?'88.8')

print('我們來(lái)一杯')
mytea(500)
herteam(300)
print('多喝點(diǎn)')
mytea(800)
herteam(600)
print('完了，我喝醉了...，因?yàn)橛兴?)

• 沏茶需要傳入多個(gè)參數(shù)，有點(diǎn)麻煩，而每個(gè)人的口味相對(duì)比較固定
• 我們用內(nèi)部函數(shù)創(chuàng)建了一個(gè)符合我口味的沏茶函數(shù)，以后調(diào)用這個(gè)函數(shù)就行了，我也給她創(chuàng)建了一個(gè)符合她口味的沏茶函數(shù)

運(yùn)行結(jié)果：

我們來(lái)一杯
正在沏茶中
綠茶,特級(jí),?66.6
500毫升給您沖好了
正在沏茶中
紅茶,一級(jí),?88.8
300毫升給您沖好了
多喝點(diǎn)
正在沏茶中
綠茶,特級(jí),?66.6
800毫升給您沖好了
正在沏茶中
紅茶,一級(jí),?88.8
600毫升給您沖好了
完了，我喝醉了...

應(yīng)用場(chǎng)景3 - 裝飾器

裝飾器，對(duì) Python 至關(guān)重要，它也是內(nèi)部函數(shù)的主要使用場(chǎng)景

閉包實(shí)現(xiàn)原理

閉包攜帶了外部函數(shù)的變量，所以可以訪問(wèn)這些變量，而這些變量也不會(huì)被釋放

具體是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？答案就 1 個(gè)字：__closure__屬性

Python 給內(nèi)部函數(shù)添加了這個(gè)屬性來(lái)攜帶內(nèi)部函數(shù)用到的外部函數(shù)中的變量

import?random


def?create_room():
????room_no?=?random.randint(1,?100)
????print(f'我創(chuàng)建了房間號(hào)：{room_no}')

????def?toilet():
????????print(f'我是{room_no}的內(nèi)部廁所')
????return?toilet


print('調(diào)用外部函數(shù)')
toilet?=?create_room()

print('打印一下toilet函數(shù)的變量，其中有一個(gè)是__closure__')
print(dir(toilet))
print('__closure__是一個(gè)包含它攜帶的變量的元組')
print(toilet.__closure__)
print('__closure__元組里是cell，通過(guò)cell_contents可以訪問(wèn)所攜帶的變量值')
print(toilet.__closure__[0].cell_contents)

執(zhí)行結(jié)果：

import?random


def?create_room():
????room_no?=?random.randint(1,?100)
????print(f'我創(chuàng)建了房間號(hào)：{room_no}')

????def?toilet():
????????print(f'我是{room_no}的內(nèi)部廁所')
????return?toilet


print('調(diào)用外部函數(shù)')
toilet?=?create_room()

print('打印一下toilet函數(shù)的變量，其中有一個(gè)是__closure__')
print(dir(toilet))
print('__closure__是一個(gè)包含它攜帶的變量的元組')
print(toilet.__closure__)
print('__closure__元組里是cell，通過(guò)cell_contents可以訪問(wèn)所攜帶的變量值')
print(toilet.__closure__[0].cell_contents)

最后

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