Python 中的閉包總結

前幾天又有人在我的這篇文章 python專案練習一：即時標記 下留言，關於其中一個閉包和re.sub的使用不太清楚。我在自己的部落格上搜尋了下，發現沒有寫過閉包相關的東西，所以決定總結一下，完善部落格上Python的內容。

1. 閉包的概念

首先還得從基本概念說起，什麼是閉包呢？來看下維基上的解釋:

在電腦科學中，閉包（Closure）是詞法閉包（Lexical Closure）的簡稱，是引用了自由變數的函式。這個被引用的自由變數將和這個函式一同存在，即使已經離開了創造它的環境也不例外。所以，有另一種說法認為閉包是由函式和與其相關的引用環境組合而成的實體。閉包在執行時可以有多個例項，不同的引用環境和相同的函式組合可以產生不同的例項。

....

上面提到了兩個關鍵的地方： 自由變數 和 函式, 這兩個關鍵稍後再說。還是得在贅述下“閉包”的意思，望文知意，可以形象的把它理解為一個封閉的包裹，這個包裹就是一個函式，當然還有函式內部對應的邏輯，包裹裡面的東西就是自由變數，自由變數可以在隨著包裹到處遊蕩。當然還得有個前提，這個包裹是被建立出來的。

在通過Python的語言介紹一下，一個閉包就是你呼叫了一個函式A，這個函式A返回了一個函式B給你。這個返回的函式B就叫做閉包。你在呼叫函式A的時候傳遞的引數就是自由變數。

舉個例子：

def func(name):

    def inner_func(age):

        print 'name:', name, 'age:', age

    return inner_func

 

bb = func('the5fire')

bb(26)  # >>> name: the5fire age: 26

這裡面呼叫func的時候就產生了一個閉包——inner_func,並且該閉包持有自由變數——name，因此這也意味著，當函式func的生命週期結束之後，name這個變數依然存在，因為它被閉包引用了，所以不會被回收。

另外再說一點，閉包並不是Python中特有的概念，所有把函式做為一等公民的語言均有閉包的概念。不過像Java這樣以class為一等公民的語言中也可以使用閉包，只是它得用類或介面來實現。

更多概念上的東西可以參考最後的參考連結。

2. 為什麼使用閉包

基於上面的介紹，不知道讀者有沒有感覺這個東西和類有點相似，相似點在於他們都提供了對資料的封裝。不同的是閉包本身就是個方法。和類一樣，我們在程式設計時經常會把通用的東西抽象成類，（當然，還有對現實世界——業務的建模），以複用通用的功能。閉包也是一樣，當我們需要函式粒度的抽象時，閉包就是一個很好的選擇。

在這點上閉包可以被理解為一個只讀的物件，你可以給他傳遞一個屬性，但它只能提供給你一個執行的介面。因此在程式中我們經常需要這樣的一個函式物件——閉包，來幫我們完成一個通用的功能，比如後面會提到的——裝飾器。

3. 使用閉包

第一種場景 ，在python中很重要也很常見的一個使用場景就是裝飾器，Python為裝飾器提供了一個很友好的“語法糖”——@，讓我們可以很方便的使用裝飾器，裝飾的原理不做過多闡述，簡言之你在一個函式func上加上@decorator_func, 就相當於decorator_func(func):

def decorator_func(func):

    def wrapper(*args, **kwargs):

        return func(*args, **kwargs)

    return wrapper

 

@decorator_func

def func(name):

    print 'my name is', name

 

# 等價於

decorator_func(func)

在裝飾器的這個例子中，閉包（wrapper）持有了外部的func這個引數，並且能夠接受外部傳過來的引數，接受過來的引數在原封不動的傳給func，並返回執行結果。

這是個簡單的例子，稍微複雜點可以有多個閉包，比如經常使用的那個LRUCache的裝飾器，裝飾器上可以接受引數@lru_cache(expire=500)這樣。實現起來就是兩個閉包的巢狀:

def lru_cache(expire=5):

    # 預設5s超時

    def func_wrapper(func):

        def inner(*args, **kwargs):

            # cache 處理 bala bala bala

            return func(*args, **kwargs)

        return inner

    return func_wrapper

 

@lru_cache(expire=10*60)

def get(request, pk)

    # 省略具體程式碼

    return response()

不太懂閉包的同學一定得能夠理解上述程式碼，這是我們之前面試經常會問到的面試題。

第二個場景 ，就是基於閉包的一個特性——“惰性求值”。這個應用比較常見的是在資料庫訪問的時候，比如說：

# 虛擬碼示意

 

class QuerySet(object):

    def __init__(self, sql):

        self.sql = sql

        self.db = Mysql.connect().corsor()  # 虛擬碼

 

    def __call__(self):

        return db.execute(self.sql)

 

def query(sql):

    return QuerySet(sql)

 

result = query("select name from user_app")

if time > now:

    print result  # 這時才執行資料庫訪問

上面這個不太恰當的例子展示了通過閉包完成惰性求值的功能，但是上面query返回的結果並不是函式，而是具有函式功能的類。有興趣的可以去看看Django的queryset的實現，原理類似。

第三種場景 ， 需要對某個函式的引數提前賦值的情況，當然在Python中已經有了很好的解決訪問 functools.parial,但是用閉包也能實現。

def partial(**outer_kwargs):

    def wrapper(func):

        def inner(*args, **kwargs):

            for k, v in outer_kwargs.items():

                kwargs[k] = v

            return func(*args, **kwargs)

        return inner

    return wrapper

 

@partial(age=15)

def say(name=None, age=None):

    print name, age

 

say(name="the5fire")

# 當然用functools比這個簡單多了

# 只需要： functools.partial(say, age=15)(name='the5fire')

看起來這又是一個牽強的例子，不過也算是實踐了閉包的應用。

最後總結下，閉包這東西理解起來還是很容易的，在Python中的應用也很廣泛，這篇文章算是對閉包的一個總結，有任何疑問歡迎留言交流。

前幾天又有人在我的這篇文章 python專案練習一：即時標記 下留言，關於其中一個閉包和re.sub的使用不太清楚。我在自己的部落格上搜尋了下，發現沒有寫過閉包相關的東西，所以決定總結一下，完善部落格上Python的內容。

1. 閉包的概念

首先還得從基本概念說起，什麼是閉包呢？來看下維基上的解釋:

在電腦科學中，閉包（Closure）是詞法閉包（Lexical Closure）的簡稱，是引用了自由變數的函式。這個被引用的自由變數將和這個函式一同存在，即使已經離開了創造它的環境也不例外。所以，有另一種說法認為閉包是由函式和與其相關的引用環境組合而成的實體。閉包在執行時可以有多個例項，不同的引用環境和相同的函式組合可以產生不同的例項。

....

上面提到了兩個關鍵的地方： 自由變數 和 函式, 這兩個關鍵稍後再說。還是得在贅述下“閉包”的意思，望文知意，可以形象的把它理解為一個封閉的包裹，這個包裹就是一個函式，當然還有函式內部對應的邏輯，包裹裡面的東西就是自由變數，自由變數可以在隨著包裹到處遊蕩。當然還得有個前提，這個包裹是被建立出來的。

在通過Python的語言介紹一下，一個閉包就是你呼叫了一個函式A，這個函式A返回了一個函式B給你。這個返回的函式B就叫做閉包。你在呼叫函式A的時候傳遞的引數就是自由變數。

舉個例子：

def func(name):

    def inner_func(age):

        print 'name:', name, 'age:', age

    return inner_func

 

bb = func('the5fire')

bb(26)  # >>> name: the5fire age: 26

這裡面呼叫func的時候就產生了一個閉包——inner_func,並且該閉包持有自由變數——name，因此這也意味著，當函式func的生命週期結束之後，name這個變數依然存在，因為它被閉包引用了，所以不會被回收。

另外再說一點，閉包並不是Python中特有的概念，所有把函式做為一等公民的語言均有閉包的概念。不過像Java這樣以class為一等公民的語言中也可以使用閉包，只是它得用類或介面來實現。

更多概念上的東西可以參考最後的參考連結。

2. 為什麼使用閉包

基於上面的介紹，不知道讀者有沒有感覺這個東西和類有點相似，相似點在於他們都提供了對資料的封裝。不同的是閉包本身就是個方法。和類一樣，我們在程式設計時經常會把通用的東西抽象成類，（當然，還有對現實世界——業務的建模），以複用通用的功能。閉包也是一樣，當我們需要函式粒度的抽象時，閉包就是一個很好的選擇。

在這點上閉包可以被理解為一個只讀的物件，你可以給他傳遞一個屬性，但它只能提供給你一個執行的介面。因此在程式中我們經常需要這樣的一個函式物件——閉包，來幫我們完成一個通用的功能，比如後面會提到的——裝飾器。

3. 使用閉包

第一種場景 ，在python中很重要也很常見的一個使用場景就是裝飾器，Python為裝飾器提供了一個很友好的“語法糖”——@，讓我們可以很方便的使用裝飾器，裝飾的原理不做過多闡述，簡言之你在一個函式func上加上@decorator_func, 就相當於decorator_func(func):

def decorator_func(func):

    def wrapper(*args, **kwargs):

        return func(*args, **kwargs)

    return wrapper

 

@decorator_func

def func(name):

    print 'my name is', name

 

# 等價於

decorator_func(func)

在裝飾器的這個例子中，閉包（wrapper）持有了外部的func這個引數，並且能夠接受外部傳過來的引數，接受過來的引數在原封不動的傳給func，並返回執行結果。

這是個簡單的例子，稍微複雜點可以有多個閉包，比如經常使用的那個LRUCache的裝飾器，裝飾器上可以接受引數@lru_cache(expire=500)這樣。實現起來就是兩個閉包的巢狀:

def lru_cache(expire=5):

    # 預設5s超時

    def func_wrapper(func):

        def inner(*args, **kwargs):

            # cache 處理 bala bala bala

            return func(*args, **kwargs)

        return inner

    return func_wrapper

 

@lru_cache(expire=10*60)

def get(request, pk)

    # 省略具體程式碼

    return response()

不太懂閉包的同學一定得能夠理解上述程式碼，這是我們之前面試經常會問到的面試題。

第二個場景 ，就是基於閉包的一個特性——“惰性求值”。這個應用比較常見的是在資料庫訪問的時候，比如說：

# 虛擬碼示意

 

class QuerySet(object):

    def __init__(self, sql):

        self.sql = sql

        self.db = Mysql.connect().corsor()  # 虛擬碼

 

    def __call__(self):

        return db.execute(self.sql)

 

def query(sql):

    return QuerySet(sql)

 

result = query("select name from user_app")

if time > now:

    print result  # 這時才執行資料庫訪問

上面這個不太恰當的例子展示了通過閉包完成惰性求值的功能，但是上面query返回的結果並不是函式，而是具有函式功能的類。有興趣的可以去看看Django的queryset的實現，原理類似。

第三種場景 ， 需要對某個函式的引數提前賦值的情況，當然在Python中已經有了很好的解決訪問 functools.parial,但是用閉包也能實現。

def partial(**outer_kwargs):

    def wrapper(func):

        def inner(*args, **kwargs):

            for k, v in outer_kwargs.items():

                kwargs[k] = v

            return func(*args, **kwargs)

        return inner

    return wrapper

 

@partial(age=15)

def say(name=None, age=None):

    print name, age

 

say(name="the5fire")

# 當然用functools比這個簡單多了

# 只需要： functools.partial(say, age=15)(name='the5fire')

看起來這又是一個牽強的例子，不過也算是實踐了閉包的應用。

最後總結下，閉包這東西理解起來還是很容易的，在Python中的應用也很廣泛，這篇文章算是對閉包的一個總結，有任何疑問歡迎留言交流。

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