Python入門系列26 - 進(jìn)階必修之閉包(一)
Python入門系列26
進(jìn)階必修之閉包（一）
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前言
Python入門系列20 - 5分鐘教你用圖片定位具體地址！
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再談函數(shù)
講真的，閉包從概念講是非常難講明白的一個(gè)詞。所以，先來(lái)搞清楚函數(shù)在Python里是怎樣的存在，深入了解了函數(shù)的概念，會(huì)為學(xué)習(xí)閉包打下基礎(chǔ)。閉包與函數(shù)有著密不可分的關(guān)系。
通常，在一般的編程語(yǔ)言中，函數(shù)只是一段可執(zhí)行的邏輯代碼，并不是所謂的對(duì)象。比如在Java中，如下代碼，打印輸出一句話：
/**
*?函數(shù)描述：說(shuō)一句話
*?public?:?共有方法
* void ??：沒(méi)有返回類型
*?@param?words?參數(shù)，傳入的話語(yǔ)
*/
public?static?void?say(String?words)?{
? ? System.out.println(words);
}
public?static?void?main(String[]?args)?{
? ? say("你好");
}
像Java這種有明確類型定義聲明的語(yǔ)言，如果沒(méi)有設(shè)置返回類型，在調(diào)用函數(shù)時(shí)，則不能用任何變量去接受，否則編譯時(shí)就會(huì)報(bào)錯(cuò)。（只是作對(duì)比的例子，非專業(yè)人員忽略即可）。
再來(lái)看下Python中呢，若我們像打印一句話，也需要定義一個(gè)函數(shù)，然后調(diào)用即可，同時(shí)，我們可以通過(guò)任何變量來(lái)將此函數(shù)進(jìn)行賦值操作，如下：
#?打印一句話
def?say(words):
????print(words)
say('你好')
a?=?say
print(type(a))
結(jié)果顯示，在Python中，是可以用函數(shù)不加小括號(hào)的形式將其賦值給任何變量，并且其自身也可以作為函數(shù)的參數(shù)進(jìn)行傳遞，不僅如此，函數(shù)也可以用此種方式將其自身作為返回結(jié)果進(jìn)行返回，通過(guò)上面的代碼可以看到，say賦值給變量a，打印a的類型，得到class?function，說(shuō)明它是一個(gè)類。之前的小課堂中提及過(guò)，在Python中一切皆為對(duì)象，函數(shù)也不例外！
可能有人會(huì)說(shuō)，你在Java中不是這么寫(xiě)的啊，你也像在Python中那樣調(diào)用試下，看看結(jié)果唄，于是有了下面的圖：
可以看到，當(dāng)在Java中寫(xiě)say不加小括號(hào)時(shí)，編譯器已經(jīng)報(bào)錯(cuò)了，提示找不到say的標(biāo)識(shí)符（會(huì)Java的人都知道這么寫(xiě)是沒(méi)有意義的）。這也是Java與Python作為編程語(yǔ)言的不同之處，一個(gè)為編譯型語(yǔ)言，一個(gè)為解釋型語(yǔ)言。
正因?yàn)镻ython有了這么一個(gè)特性，所以才會(huì)很好地支持接下來(lái)要介紹的閉包！
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什么是閉包？
在解釋概念之前，先來(lái)看個(gè)自帶場(chǎng)景的小例子吧！不知道大家還記不記得小學(xué)（是小學(xué)還是初中來(lái)著，忘記了...默認(rèn)小學(xué)吧?。W(xué)過(guò)的一個(gè)數(shù)學(xué)公式，如何去求圓的面積？記憶好的一定記得：
，r為圓的半徑，π為3.1415926.....
現(xiàn)在的場(chǎng)景是，需要定義一個(gè)求圓形面積的函數(shù)，同時(shí)，在這個(gè)函數(shù)的外部還要包裹著一層求圓形面積之前提前做準(zhǔn)備的外層函數(shù)，這外層函數(shù)的目的是你可以在真正求圓形面積前演算一些內(nèi)容（假設(shè)大家都是剛學(xué)這個(gè)公式的小學(xué)生喲！
），寫(xiě)法分解成以下步驟：
1. 定義兩個(gè)函數(shù)，并且在調(diào)用內(nèi)部計(jì)算圓形面積的函數(shù)
def?circular_area_pre():
????def?circular_area():
????????print('This?is?circular_area?function!')其中 circular_area_pre 是計(jì)算圓形面積前的準(zhǔn)備函數(shù)，circular_area 是計(jì)算圓形面積的函數(shù)。此時(shí)若想在外面直接調(diào)用?circular_area 如何做呢？（不要感到這種寫(xiě)法奇怪，Python中是可以進(jìn)行函數(shù)嵌套的?。﹪L試下自己手動(dòng)調(diào)用！如下圖：
當(dāng)嘗試在外層直接進(jìn)行調(diào)用時(shí)，可以看到，已經(jīng)報(bào)錯(cuò)了！如何正確調(diào)用呢？在上面的標(biāo)題「再談函數(shù)」中說(shuō)過(guò)，函數(shù)可以通過(guò)“對(duì)象”的寫(xiě)法將其自身作為結(jié)果進(jìn)行返回！（忘記的往上翻翻，找找看！）所以改下寫(xiě)法如下：
def?circular_area_pre():
????def?circular_area():
????????print('This?is?circular_area?function!')
????return?circular_area()
c?=?circular_area_pre()
c()
通過(guò)調(diào)用外層的計(jì)算準(zhǔn)備函數(shù) circular_area_pre ，函數(shù)返回接受到的內(nèi)部計(jì)算圓形面積函數(shù) circular_area 作為變量c，以函數(shù)的形式調(diào)用變量c（也就是在c后面加上小括號(hào)進(jìn)行函數(shù)調(diào)用），執(zhí)行即可！而此時(shí)的變量c實(shí)際上是一個(gè)函數(shù)（這點(diǎn)在后面的步驟中會(huì)進(jìn)行驗(yàn)證，先記住。）！執(zhí)行一下，咦？？？發(fā)現(xiàn)報(bào)錯(cuò)了，因?yàn)槎嗔藗€(gè)小括號(hào)：
去掉后成功，所以一定要注意小括號(hào)的問(wèn)題?。∪缦聢D :
2. 在第一步的基礎(chǔ)上，將其補(bǔ)充完整，套入公式
def?circular_area_pre():????"""?省略了一些演算步驟的代碼,畢竟假設(shè)嘛?"""
????pai?=?3.14
????def?circular_area(r):
????????s?=?pai?*?r?**?2
????????return?s
????return?circular_area
c?=?circular_area_pre()
print(c(10))
解釋下這段代碼的含義，將pai（π）定義為3.14，放在作為計(jì)算圓形面積之前的函數(shù) circular_area_pre?中，而求面積的公式則寫(xiě)在 circular_area 函數(shù)中，將面積變量s作為內(nèi)部函數(shù)返回，同時(shí)，最外層的?circular_area_pre 函數(shù)返回?circular_area 函數(shù)作為結(jié)果。想要計(jì)算出圓形的面積，在外層就需要先調(diào)用?circular_area_pre 準(zhǔn)備函數(shù)，在調(diào)用其返回結(jié)果變量c，打印 c(10)，可以看到如下圖結(jié)果：
打印結(jié)果輸出的是314.0，實(shí)際上就是將10傳入到了?circular_area 函數(shù)中，而其中的pai引用的是在?circular_area_pre 局部里定義的pai，值為3.14 。驗(yàn)證下步驟1說(shuō)的，看下變量c的類型，以及直接打印c會(huì)出現(xiàn)什么樣子的結(jié)果：
現(xiàn)在可以看到，其實(shí)變量c就是一個(gè)類，而它的類型是function.?
3. 關(guān)于 pai 的定義位置
拋開(kāi)外層的準(zhǔn)備函數(shù)，假設(shè)現(xiàn)在只有計(jì)算圓形的函數(shù)，假設(shè)阿基米德突然復(fù)活了，把這個(gè)pai推算成了其它數(shù)字！姑且定義為10吧，如下：
pai?=?3.14
def?circular_area(r):
????s?=?pai?*?r?**?2
????return?s
pai?=?10
print(circular_area(10))
輸出結(jié)果為1000，記住這個(gè)值，咱們繼續(xù)往下看！
4. 如果此時(shí)在外部修改了pai的值，打印結(jié)果如何？
回到雙層函數(shù)的示例來(lái)，在?circular_area 函數(shù)中，pai是沒(méi)有被定義的，所以它會(huì)向上一層尋找，于是找到了?circular_area_pre 函數(shù)中定義的pai，所以計(jì)算的時(shí)候值就會(huì)取為3.14，假設(shè)現(xiàn)在依然在最外層函數(shù)的外面修改pai的值，繼續(xù)改為10，那么代碼的結(jié)果會(huì)是如何呢？
來(lái)看下：
def?circular_area_pre():
????"""?省略了一些演算步驟的代碼,畢竟假設(shè)嘛?"""
????pai?=?3.14
????def?circular_area(r):
????????s?=?pai?*?r?**?2
????????return?s
????return?circular_area
pai?=?10
c?=?circular_area_pre()
print(c(10))
在調(diào)用準(zhǔn)備函數(shù)之前，將pai修改為10！猜猜看，結(jié)果會(huì)打印出什么呢？（先不要看結(jié)果，自己思考一下！）結(jié)果如下：
沒(méi)錯(cuò)，你沒(méi)有看錯(cuò)，依然是314.0，這個(gè)結(jié)果與沒(méi)加入pai = 10 的代碼得到的結(jié)果是一樣的！為什么不是1000呢？？？請(qǐng)繼續(xù)往后看！
5. 閉包的概念
啰里啰嗦的舉例了這么多，到底跟今天要說(shuō)的閉包有什么關(guān)系呢！各位看官，莫急，下面就是重頭戲了，只要你耐心的把上面的示例都看懂，保證你看完接下來(lái)的這段概念性文字一目了之！
在上面的函數(shù)?circular_area 與 pai = 3.14 形成了閉包！通俗的說(shuō)就是把內(nèi)部函數(shù) circular_area 與?pai = 3.14 這個(gè)環(huán)境變量包含在了一起，做了一個(gè)封閉，所以外界想要去改變 pai 這個(gè)變量是改變不了的！
需要注意的是，所謂的環(huán)境變量，一定要定義在內(nèi)部函數(shù)的外部，就像 pai 一樣，且不能是全局變量！
閉包的概念：閉包 = 函數(shù) + 環(huán)境變量！
6. Python函數(shù)作用域
Python變量的作用域一共有4種，分別是：
L （Local） 局部作用域
E （Enclosing） 閉包函數(shù)外的函數(shù)中
G （Global） 全局作用域
B （Built-in） 內(nèi)建作用域
以 L –> E –> G –>B 的規(guī)則查找，即：在局部找不到，便會(huì)去局部外的局部找（例如閉包），再找不到就會(huì)去全局找，再者去內(nèi)建中找。
通過(guò)這段作用域的概念，可以得知，為什么在求面積的函數(shù)外部去修改pai的值，最終取到的還是原來(lái)的3.14，Python的變量查詢是一個(gè)“由內(nèi)到外”的過(guò)程，一旦找到，則取最內(nèi)部的變量進(jìn)行使用。
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如何查看一個(gè)函數(shù)是否閉包
閉包是可以通過(guò)python內(nèi)置函數(shù)檢測(cè)出來(lái)的，如下：
def?circular_area_pre():
????"""?省略了一些演算步驟的代碼,畢竟假設(shè)嘛?"""
????pai?=?3.14
????def?circular_area(r):
????????s?=?pai?*?r?**?2
????????return?s
????return?circular_area
pai?=?10
c?=?circular_area_pre()
print(c.__closure__)
print(c.__closure__[0].cell_contents)
通過(guò)調(diào)用 __closure__ 內(nèi)置方法可以查看到兩個(gè)內(nèi)存地址，結(jié)果返回cell就是閉包，None 則不是閉包，可以看出來(lái)其實(shí)這是一個(gè)元組類型，使用[0].cell_contents可以得到閉合數(shù)值，也就閉包所需要的環(huán)境變量。
小題，請(qǐng)你判斷下面這段代碼屬于閉包嗎？如下：
def?circular_area_pre():
????"""?省略了一些演算步驟的代碼,畢竟假設(shè)嘛?"""
????def?circular_area(r):
????????pai?=?3.14
????????s?=?pai?*?r?**?2
????????return?s
????return?circular_area
c?=?circular_area_pre()
print(c.__closure__)
print(c.__closure__[0].cell_contents)
答案：
只把pai 進(jìn)行了換位，導(dǎo)致現(xiàn)在的寫(xiě)法并不是閉包，調(diào)用Python內(nèi)置方法來(lái)查看，得到的是None，沒(méi)獲取到閉包時(shí)產(chǎn)生的cell！
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總結(jié)
說(shuō)真的，本章的閉包要想講明白真的挺難得，這篇文章大概是花了一星期的時(shí)間去寫(xiě)的，基本上基礎(chǔ)的概念介紹的差不多了，但是要想懂閉包，還是得看懂示例才行，記住閉包就是函數(shù)和環(huán)境變量封閉組成的！外界想改環(huán)境變量？沒(méi)門！
后續(xù)還有一篇閉包二，會(huì)講述閉包的使用場(chǎng)景，究竟什么時(shí)候使用閉包才是合適的。敬請(qǐng)期待.....
至此完！