Python中的閉包

閉包（closure）是函數式編程的重要的語法結構，Python也支持這一特性，下面就開始介紹Python中的閉包。

首先看看閉包的概念：閉包（Closure）是詞法閉包（Lexical Closure）的簡稱，是引用了自由變量的函數。這個被引用的自由變量將和這個函數一同存在，即使已經離開了創造它的環境也不例外。所以，閉包是由函數和與其相關的引用環境組合而成的實體。

在開始介紹閉包之前先看看Python中的namespace。

Python中的namespace

Python中通過提供 namespace 來實現重名函數/方法、變量等信息的識別，其一共有三種 namespace，分別為：

• local namespace: 作用范圍為當前函數或者類方法
• global namespace: 作用范圍為當前模塊
• build-in namespace: 作用范圍為所有模塊

當函數/方法、變量等信息發生重名時，Python會按照 "local namespace -> global namespace -> build-in namespace"的順序搜索用戶所需元素，並且以第一個找到此元素的 namespace 為准。

同時，Python中的內建函數locals()和globals()可以用來查看不同namespace中定義的元素。

看一個例子：

s = "string in global"
num = 99

def numFunc(a, b):
    num = 100
    print "print s in numFunc: ", s
    
    def addFunc(a, b):
        s = "string in addFunc"
        print "print s in addFunc: ", s
        print "print num in addFunc: ", num
        print "locals of addFunc: ", locals()
        print 
        return "%d + %d = %d" %(a, b, a + b)
        
    print "locals of numFunc: ", locals()
    print 
    return addFunc(a, b)
    
    
numFunc(3, 6)    
print "globals: ", globals()

上面代碼的結果為：

代碼中通過locals()和globals()獲取了不同namespace中定義的元素，當在"numFunc"函數中訪問s變量的時候，由於local namespace中沒有定義s，所以會找到global中的s；但是，由於"addFunc"的local namespace中有s，所以可以直接使用。

Python創建閉包

下面通過一個例子一步一步分析一下Python如何實現閉包。

一個閉包的例子

下面看一個閉包的簡單的例子，例子中定義了一個可以配置打招呼的函數"greeting_conf"，在這個函數中，內嵌了一個"greeting"的內嵌函數：

def greeting_conf(prefix):
    def greeting(name):
        print prefix, name
    return greeting
    
mGreeting = greeting_conf("Good Morning")
mGreeting("Wilber")
mGreeting("Will")

print

aGreeting = greeting_conf("Good Afternoon")    
aGreeting("Wilber")
aGreeting("Will")

代碼的結果為：

上面的代碼有下面幾個注意點：

1. "greeting"函數訪問了non-local的變量"prefix"，根據前面namespace的介紹，這點是完全合法的
2. 變量"prefix"並沒有隨着函數的退出而銷毀，反而是生命周期得到了延長

下面看看為什么變量"prefix"生命周期得到了延長？

__closure__屬性

在Python中，函數對象有一個__closure__屬性，我們可以通過這個屬性看看閉包的一些細節。

def greeting_conf(prefix):
    def greeting(name):
        print prefix, name
    return greeting
    
mGreeting = greeting_conf("Good Morning")      

print dir(mGreeting)
print mGreeting.__closure__
print type(mGreeting.__closure__[0])
print mGreeting.__closure__[0].cell_contents

通過__closure__屬性看到，它對應了一個tuple，tuple的內部包含了cell類型的對象。

對於這個例子，可以得到cell的值（內容）為"Good Morning"，也就是變量"prefix"的值。

從這里可以看到閉包的原理，當內嵌函數引用了包含它的函數（enclosing function）中的變量后，這些變量會被保存在enclosing function的__closure__屬性中，成為enclosing function本身的一部分；也就是說，這些變量的生命周期會和enclosing function一樣。

閉包和函數

閉包只是在表現形式上跟函數類似，但實際上不是函數。

def greeting_conf(prefix):
    def greeting(name):
        print prefix, name
    return greeting
    
mGreeting = greeting_conf("Good Morning")      
print "function name is:", mGreeting.__name__
print "id of mGreeting is:", id(mGreeting)

print

aGreeting = greeting_conf("Good Afternoon")  
print "function name is:", aGreeting.__name__
print "id of aGreeting is:", id(aGreeting)

從代碼的結果中可以看到，閉包在運行時可以有多個實例，不同的引用環境（這里就是prefix變量）和相同的函數（這里就是greeting）組合可以產生不同的實例。

Python中怎么創建閉包

在Python中創建一個閉包可以歸結為以下三點：

• 閉包函數必須有內嵌函數
• 內嵌函數需要引用該嵌套函數上一級namespace中的變量
• 閉包函數必須返回內嵌函數

通過這三點，就可以創建一個閉包，是不是想到了上一篇中介紹的Python裝飾器。沒錯，Python裝飾器就是使用了閉包。

總結

本文介紹了如何通過Python創建一個閉包，以及Python創建的閉包是如何工作的。