Python - 闭包Closure

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恩~ 如期来啦“闭包”~

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一、函数作为返回值

介绍“闭包”之前，先了解一下函数作为返回值的情况。
高阶函数除了可以接收函数作为参数外，还可以把函数作为结果值返回。例如之前介绍的装饰器中，就出现了将函数作为返回值。

二、闭包

1、产生闭包的条件以及作用

什么是闭包？
当在函数中嵌套另一个函数时，如果内部函数引用了外部函数的变量，则可能产生闭包。
所以闭包产生的三个条件（缺一不可）：

• 1、必须嵌套一个内部函数
• 2、内部函数必须引用外部函数的变量
• 3、外部函数必须返回内部函数

那为什么要试用闭包，闭包的作用呢？

• 1、闭包可以根据外部函数的局部变量来得到不同的结果
• 2、当闭包执行完成后，仍可以保持当前的运行环境，执行结果依赖于该函数上一次的运行结果

2、闭包举例

栗子一：求序列之和

>>> def calc_sum(*args):
...     ax = 0
...     for n in args:
...         ax = ax + n
...     return ax  # 返回变量
...
>>> calc_sum(1,2,3)
6

但是，现在如果要求不需要立即取得求和结果，而是在后面的代码中，根据需要再计算，该怎么弄呢？
我们可以不返回求和的结果，而返回求和的函数，如下：

>>>def lazy_sum(*args):
...    def sum():            # sum()是内部函数，可以利用外部函数的参数
...        ax = 0
...        for n in args:    # sum()中使用外部函数的局部变量
...            ax = ax + n 
...        return ax
...    return sum            # 形成闭包，此时，*args保存在返回的函数中
...
>>>f = lazy_sum(1,3,5,7,9)
>>>f          # 此时返回的是求和函数
>>> f()       # 调用函数f()时，才真正计算求和的结果
25

注意：

• lazy_sum()函数的内部执行顺序，执行f时，运行到return sum处，*args保存在返回函数中，返回的是sum()函数。当执行f()时，相当于执行sum()，且包含*args。
• 当我们调用lazy_sun()时，每次都会返回一个新的函数，即使传入相同的参数，但是f()调用结果不影响。

我们来验证第二点：

# 但是调用 f1() 与f2()的调用结果互不影响
>>> f1 = lazy_sum(1,3,5,7,9)
>>> f2 = lazy_sum(1,3,5,7,9)
>>> f1
<function lazy_sum.<locals>.sum at 0x013DD618>
>>> f2
<function lazy_sum.<locals>.sum at 0x02F92DF8>
>>> f1 == f2
False
>>> f1() == f2()
True
>>> f1()
25
>>> f2()
25
>>> id(f1())
1627215984
>>> id(f2())
1627215984

说明：f1与f2返回函数的位置不一样，所以f1==f2返回结果为False。
但是不影响最后的执行结果，f1()与f2()的执行结果均为25，且用id()进行查看，指向是同一块区域。

栗子二：

def count():
    fs = []
    for i in range(1, 4):
        def f():         # 返回函数f()放在循环里
            return i*i
    fs.append(f)
    return fs
f1, f2, f3 = count()

实际执行结果为：f1=9 f2=9 f3=9
可能与实际想的（[1,4,9]）有点不一样。因为f()函数放在了for循环里，只有当循环结束后，最后才返回i=3的执行结果9。
所以返回函数最好不要引用任何循环变量，或者说后续可能变化的量。那如何来修改呢？

def count():
    def f(j):
        def g():
            return j*j      # 形成闭包
        return g
    fs = []
    for i in range(1, 4):
        fs.append(f(i))      # 一个i值进入后，f(i)立刻被执行，并加入到fs中
    return fs

f1, f2, f3 = count()  # 返回函数g没有引用j

最后结果：[1,4,9] 即f1=1 f2=4 f3=9

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三、匿名函数lambda

• 定义：匿名函数指一类无需定义标识符函数名的函数或者子程序。Python允许使用lambda关键字创造匿名函数。
• 语法：lambda 参数:表达式
  或者 lambda 形参1,…,形参n : function(形参),入参1,…,入参n
• 注意：1、lambda函数可以接收任意多个参数并且返回单个表达式的值；
  2、lambda中不能包含命令，返回的表达式不能超过一个。
• 优点：1、可以省去定义函数的过程，精简代码；
  2、对于一些抽象的、不会重复使用的函数可以用lambda进行定义。

例子：

>>> list( map( lambda x: x*x ,[1,2,3] ) )
[1, 4, 9]

其中lamdba x : x*x 实现的是：def f(x): return x*x 的功能。

• 可以把匿名函数赋值给一个变量，再利用变量调用该函数。例如：

>>> f = lambda x:x*x  
>>> f(5) # 调用
>>> g = lambda x,y=2 : x*y
>>> g(2,4)
8
>>> g(2)    # 默认y=2
4

• 可以把匿名函数作为返回值返回，例如：

return lambda x:x*x

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