Python中的閉包不是一個一說就能明白的概念,但是隨著你往學習的深入,無論如何你都需要去了解這麼一個東西。
閉包的概念
我們試著從概念上去理解一下閉包。
在某些語言中,在函數中可以(嵌套)定義另一個函數時,如果內部的函數引用了外部的函數的變量,則可能產生閉包。閉包可以用來在一個函數與一組「私有」變數之間建立關聯關係。在給定函數被多次呼叫的過程中,這些私有變數能夠保持其持久性。
—— 維基百科)
用比較容易懂的人話說,就是當某個函數被當成對象返回時,夾帶了外部變量,就形成了一個閉包。看例子。
def make_printer(msg): def printer(): print msg # 夹带私货(外部变量) return printer # 返回的是函数,带私货的函数 printer = make_printer('Foo!') printer()
支援將函數當成物件使用的程式語言,一般都支援閉包。比如Python, JavaScript。
如何理解閉包
閉包存在有什麼意義呢?為什麼需要閉包?
我個人認為,閉包存在的意義就是它夾帶了外部變量(私貨),如果它不夾帶私貨,它和普通的函數就沒有任何差別。同一個的函數夾帶了不同的私貨,就實現了不同的功能。其實你也可以這麼理解,閉包和麵向介面程式設計的概念很像,可以把閉包理解成輕量級的介面封裝。
介面定義了一套對方法簽章的約束規則。
def tag(tag_name): def add_tag(content): return "<{0}>{1}</{0}>".format(tag_name, content) return add_tag content = 'Hello' add_tag = tag('a') print add_tag(content) # <a>Hello</a> add_tag = tag('b') print add_tag(content) # <b>Hello</b>
在這個例子裡,我們想要一個給content加tag的功能,但是具體的tag_name是什麼樣子的要根據實際需求來定,對外部呼叫的介面已經確定,就是add_tag(content)。如果按照面向接口方式實現,我們會先把add_tag寫成接口,指定其參數和返回類型,然後分別去實現a和b的add_tag。
但是在閉包的概念中,add_tag就是一個函數,它需要tag_name和content兩個參數,只不過tag_name這個參數是打包拿走的。所以一開始就可以告訴我怎麼打包,然後拿走就行。
上面的例子不太生動,其實在我們生活和工作中,閉包的概念也很常見。比如說手機撥號,你只在乎電話打給誰,而不會去糾結每個品牌的手機是怎麼實現的,用到了哪些模組。再例如去餐廳吃飯,你只要付錢就可以享受到服務,你並不知道那桌飯菜用了多少地溝油。這些都可以看成閉包,返回的是一些功能或者服務(打電話,用餐),但是這些功能使用了外部變量(天線,地溝油等等)。
你也可以把一個類別實例看成閉包,當你在建構這個類別時,使用了不同的參數,這些參數就是閉包裡的包,這個類別對外提供的方法就是閉包的功能。但是類別遠大於閉包,因為閉包只是一個可以執行的函數,但是類別實例則有可能提供很多方法。
何時使用閉包
其實閉包在Python中很常見,只不過你沒特別注意這就是一個閉包。例如Python中的裝飾器Decorator,如果你需要寫一個有參數的裝飾器,那麼一般都會產生閉包。
為什麼?因為Python的裝飾器是一個固定的函數介面形式。它要求你的裝飾器函數(或裝飾器類別)必須接受一個函數並返回一個函數:
# how to define def wrapper(func1): # 接受一个callable对象 return func2 # 返回一个对象,一般为函数 # how to use def target_func(args): # 目标函数 pass # 调用方式一,直接包裹 result = wrapper(target_func)(args) # 调用方式二,使用@语法,等同于方式一 @wrapper def target_func(args): pass result = target_func()
那麼如果你的裝飾器如果帶參數呢?那麼你就需要在原來的裝飾器上再包一層,用於接收這些參數。這些參數(私貨)傳遞到內層的裝飾器裡後,閉包就形成了。所以說當你的裝飾器需要自訂參數時,通常都會形成閉包。 (類裝飾器例外)
def html_tags(tag_name): def wrapper_(func): def wrapper(*args, **kwargs): content = func(*args, **kwargs) return "<{tag}>{content}</{tag}>".format(tag=tag_name, content=content) return wrapper return wrapper_ @html_tags('b') def hello(name='Toby'): return 'Hello {}!'.format(name) # 不用@的写法如下 # hello = html_tag('b')(hello) # html_tag('b') 是一个闭包,它接受一个函数,并返回一个函数 print hello() # <b>Hello Toby!</b> print hello('world') # <b>Hello world!</b>
關於裝飾器的更深入剖析,可以看我寫的另外一篇部落格。
再深入一點
其實也不必太深入,理解這上面的概念,很多看起來頭痛的程式碼也不過如此。
下面讓我們來了解一下閉包的包到底長什麼樣子。其實閉包函數相對與普通函數會多出一個__closure__的屬性,裡面定義了一個元組用於存放所有的cell對象,每個cell對像一一保存了這個閉包中所有的外部變數。
>>> def make_printer(msg1, msg2): def printer(): print msg1, msg2 return printer >>> printer = make_printer('Foo', 'Bar') # 形成闭包 >>> printer.__closure__ # 返回cell元组 (<cell at 0x03A10930: str object at 0x039DA218>, <cell at 0x03A10910: str object at 0x039DA488>) >>> printer.__closure__[0].cell_contents # 第一个外部变量 'Foo' >>> printer.__closure__[1].cell_contents # 第二个外部变量 'Bar'
原理就是這麼簡單。