一、函數(shù)

函數(shù)是實現(xiàn)特定功能的代碼段的封裝，在需要時可以多次調(diào)用函數(shù)來實現(xiàn)該功能。

Python如下定義一個函數(shù)，我們可以通過任何變量來將此函數(shù)進行賦值操作，如下：

def greet():
    return "Hello!"
# 將方法賦給變量（無括號，得到方法對象）
greet_func = greet
# 調(diào)用存儲在變量中的方法
print(greet_func())
print(type(greet_func))   # 輸出 greet_func 的類型，由于 greet_func 指向的是 greet 函數(shù)對象，所以輸出結(jié)果為 <class 'function'>
print(type(greet_func())) # 先調(diào)用 greet_func 所指向的函數(shù)，得到返回值 "Hello!"，然后輸出該返回值的類型，結(jié)果為 <class 'str'>。
# 有括號，直接調(diào)用方法并將結(jié)果賦給變量
greet_result = greet() 
print(greet_result)
print(type(greet_result))  # 輸出 greet_result 的類型，由于它存儲的是字符串，所以輸出結(jié)果為 <class 'str'>
print(type(greet_result())) # 報錯greet_result 存儲的是字符串 "Hello!"，而不是函數(shù)對象，所以不能像調(diào)用函數(shù)一樣在它后面加上括號 ()

在 Python 中，函數(shù)是一等公民，這意味著函數(shù)可以像其他對象（如整數(shù)、字符串等）一樣被賦值給變量。這里將 greet 函數(shù)對象賦值給了變量 greet_func。此時 greet_func 實際上指向的是 greet 函數(shù)本身，而不是函數(shù)的返回值；而 greet_result = greet() 是先調(diào)用 greet 方法，然后把返回值賦給 greet_result 變量。

二、閉包

2.1 概念

在 Python 中，閉包（Closure）是一種特殊的函數(shù)，它由一個函數(shù)和該函數(shù)所引用的外部作用域中的變量組成。即使外部函數(shù)已經(jīng)執(zhí)行完畢，其局部變量的生命周期也會因閉包的存在而得以延長，閉包可以繼續(xù)訪問這些變量。

簡單來說，閉包允許函數(shù)訪問并操作其定義所在的外部作用域中的變量，即使該外部作用域已經(jīng)結(jié)束。

構(gòu)成閉包需要滿足以下三個條件：

• 存在一個嵌套函數(shù)，即在一個函數(shù)內(nèi)部定義另一個函數(shù)。
• 嵌套函數(shù)引用了外部函數(shù)的局部變量。
• 外部函數(shù)返回嵌套函數(shù)。

2.2 閉包的應(yīng)用場景

• 數(shù)據(jù)封裝和隱藏：可以將數(shù)據(jù)隱藏在閉包內(nèi)部，只通過閉包提供的接口來訪問和修改數(shù)據(jù)。
• 實現(xiàn)回調(diào)函數(shù)：在事件驅(qū)動編程中，閉包可以作為回調(diào)函數(shù)，保存一些上下文信息。
• 實現(xiàn)裝飾器：裝飾器是閉包的一種常見應(yīng)用，用于在不修改原函數(shù)代碼的情況下，為函數(shù)添加額外的功能。

2.3 代碼實例

實例 1：簡單計數(shù)器閉包

def outer_function():
    # 外部函數(shù)的局部變量
    count = 0
    def inner_function():
        # 聲明count為外部函數(shù)的局部變量, 以便可以修改它
        nonlocal count
        count = count + 1
        return count
    return inner_function
# 創(chuàng)建閉包實例
counter = outer_function()
# 多次調(diào)用閉包
print(counter())  # 輸出: 1
print(counter())  # 輸出: 2
print(counter())  # 輸出: 3

代碼解釋：

• outer_function是外部函數(shù)，它定義了局部變量count并初始化為 0。
• inner_function是嵌套在outer_function內(nèi)部的函數(shù)，它引用了外部函數(shù)的 count 變量，并對其進行加 1 操作。nonlocal 關(guān)鍵字用于告訴 Python，count 變量不是當(dāng)前inner_function的局部變量，而是外部函數(shù)的局部變量，這樣才能在內(nèi)部函數(shù)中修改它。
• outer_function 返回了 inner_function，形成了閉包。當(dāng)調(diào)用 outer_function() 時，會返回inner_function 的引用并賦值給counter。每次調(diào)用 counter() 時，count變量的值都會在之前的基礎(chǔ)上增加 1，說明 count 變量的狀態(tài)被閉包保存下來了。

實例 2：帶參數(shù)的閉包

def multiplier(factor):
    print("++++++", factor)
    def multiply_by_factor(number):
        print("++++++", number)
        return number * factor
    return multiply_by_factor
# 創(chuàng)建一個乘以 3 的閉包
triple = multiplier(3)
# 調(diào)用 __closure__ 內(nèi)置方法可以查看到兩個內(nèi)存地址，結(jié)果返回cell就是閉包，None 則不是閉包，可以看出來其實這是一個元組類型，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。
print(triple.__closure__)
# 閉包所需要的環(huán)境變量
print(triple.__closure__[0].cell_contents)
print(triple.__class__)
print(triple(5))

代碼解釋：

• multiplier 是外部函數(shù)，它接受一個參數(shù) factor。
• multiply_by_factor 是嵌套函數(shù)，它接受一個參數(shù) number，并返回 number 乘以 factor 的結(jié)果。
• multiplier 返回 multiply_by_factor，形成閉包。調(diào)用 multiplier(2) 會返回一個閉包，該閉包會將傳入的數(shù)字乘以 2，將其賦值給 double。同理，multiplier(3) 返回的閉包會將傳入的數(shù)字乘以 3，賦值給 triple。

運行結(jié)果：

實例 3：閉包用于數(shù)據(jù)封裝和隱藏

def account(initial_balance):
    balance = initial_balance
    def deposit(amount):
        nonlocal balance
        balance = balance + amount
        return balance
    def withdraw(amount):
        nonlocal balance
        if amount <= balance:
            balance = balance - amount
            return balance
        else:
            print("余額不足")
            return balance
    def get_balance():
        return balance
    return deposit, withdraw, get_balance
# 創(chuàng)建賬戶閉包
deposited, withdrawed, get_balanceed = account(1000)
# 存款操作
print(deposited(500))  # 輸出: 1500
# 取款操作
print(withdrawed(200))  # 輸出: 1300
# 查詢余額
print(get_balanceed())  # 輸出: 1300

代碼解釋：

• account 是外部函數(shù)，它接受一個初始余額 initial_balance 并將其賦值給局部變量 balance。
• deposit、withdraw 和 get_balance 是嵌套函數(shù)， 它們 都引用了外 部函數(shù)balance 變量。deposit 函數(shù)用于存款，withdraw 函數(shù)用于取款，get_balance 函數(shù)用于查詢余額。
• account 函數(shù)返回這三個嵌套函數(shù)，形成閉包。通過調(diào)用account(1000) 創(chuàng)建了一個賬戶閉包，并將返回的三個函數(shù)分別賦值給 deposited、withdrawe 和 get_balanceed?？梢酝ㄟ^調(diào)用這些函數(shù)來進行賬戶的存款、取款和查詢余額操作， 而 balance 變量被封裝在閉包內(nèi)部，外部無法直接訪問，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的封裝和隱藏。

參考文章：

python小課堂26 - 進階必修之閉包（一）

https://zhuanlan.zhihu.com/p/55949749

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