Python闭包

1、概述

闭包是在其词法上下文中引用自由变量的函数。

>>> def foo():
...     m=3
...     n=5
...     def bar():
...         a=4
...         return m+n+a
...     return bar
...
>>> foo()
<function bar at 0x7f9eb9549848>
>>> bar=foo()
>>> bar()
12

说明：

bar在foo函数的代码块中定义。bar是foo的内部函数。在bar的局部作用域中可以直接访问foo局部作用域中定义的m、n变量。这种内部函数可以使用外部函数变量的行为就叫闭包。

python中闭包表示内部函数，由一个变量指代，而这个变量对于外层包含的函数而言是本地变量。

2、code object

code object是python代码经过编译后的对象，它用来存储一些与代码有关的信息以及bytecode。

>>> code_obj = compile('sum([1,2,3])','','single')
>>>
>>> exec(code_obj)
6
>>>
>>> dis.dis(code_obj)
  1           0 LOAD_NAME                0 (sum)
              3 LOAD_CONST               0 (1)
              6 LOAD_CONST               1 (2)
              9 LOAD_CONST               2 (3)
             12 BUILD_LIST               3
             15 CALL_FUNCTION            1
             18 PRINT_EXPR
             19 LOAD_CONST               3 (None)
             22 RETURN_VALUE
>>> 

上述演示如何通过编译产生code object以及使用exec运行该代码，和使用dis方便地查看字节码。

3、cell object

cell对象的引入，是为了实现被多个作用域引用的变量。对每一个这样的变量，都用一个cell对象来保存其值。

拿之前的示例来说，m和n既在foo函数的作用域中被引用，又在bar函数的作用域中被引用，所以m，n引用的值，都会在一个cell对象中。

可以通过内部函数的__closure__或者func_closure特性查看cell对象

>>> bar.func_closure
(<cell at 0x7f9eb954fad0: int object at 0x6092f8>, <cell at 0x7f9eb954fb78: int object at 0x6092c8>)

这两个int型的cell分别存储了m和n的值

无论在外部函数中定义，还是在内部函数中调用，引用的指向都是cell对象。

注：内部函数无法修改cell对象中的值，如果尝试修改m的值，编译器会认为m是函数bar的局部变量，同时foo代码块中的m也会被认为是函数foo的局部变量，就会再把m认作闭包变量，两个m分别在各自的作用域下起作用。

4、闭包分析

 >>> foo.func_code.co_code
 'd\x01\x00\x89\x00\x00d\x02\x00\x89\x01\x00\x87\x00\x00\x87\x01\x00d\x03\x00\x86\x00\x00}\x00\x00|\x00\x00S'
 >>> code_obj=foo.func_code.co_code
 >>> dis.dis(code_obj)
           0 LOAD_CONST          1 (1)
           3 STORE_DEREF         0
 
7           6 LOAD_CONST          2 (2)
           9 STORE_DEREF         1
 
9          12 LOAD_CLOSURE        0
          15 LOAD_CLOSURE        1
          18 LOAD_CONST          3 (3)
          21 MAKE_CLOSURE        0
          24 STORE_FAST          0 (0)
 
          27 LOAD_FAST           0 (0)
          30 RETURN_VALUE   

2          0 LOAD_CONST              1 (3)
            3 STORE_DEREF               0 (m)
 
3          6 LOAD_CONST              2 (5)
            9 STORE_DEREF               1 (n)
 
4          12 LOAD_CLOSURE         0 (m)
            15 LOAD_CLOSURE         1 (n)
            18 BUILD_TUPLE              2
            21 LOAD_CONST             3 (<code object bar at 018D9848, file "<pyshell#1>", line 4>)
            24 MAKE_CLOSURE         0
            27 STORE_FAST               0 (bar)
 
7          30 LOAD_FAST                 0 (bar)
            33 RETURN_VALUE    

LOAD_CONST 1 (3) ：
将foo.func_code.co_consts [1] 的值"3"压入栈。

STORE_DEREF 0 (m) ：
从栈顶Pop出"3"包装成cell对象存入cell与自由变量的存储区的第0槽。
将cell对象的地址信息赋给变量m(闭包变量名记录在func_code.cellvars)。
func_code.cellvars的内容为('m', 'n')

LOAD_CLOSURE 0 (m) ：
将变量m的值压入栈，类似如下信息：
<cell at 0x01D572B0: int object at 0x0180D6F8>

LOAD_CLOSURE 1 (n) ：
类似变量m的处理，不在累述。

当前栈区状态：

1	<cell at 0x01D572B0: int object at 0x0180D6F8>
2	<cell at 0x01D86510: int object at 0x0180D6E0>
3	…

BUILD_TUPLE 2 ：
将栈顶的两项取出，创建元组，并将该元组压入栈。

LOAD_CONST 3 ：
从foo.func_code.co_consts [3] 取出，该项为内部函数bar的code object的地址，将其压入栈
<code object bar at 018D9848, file "<pyshell#1>", line 4>

栈区状态：

1	<code object bar at 018D9848, file "<pyshell#1>", line 4>
2	(<cell at 0x01D572B0: int object at 0x0180D6F8>, <cell at 0x01D86510: int object at 0x0180D6E0>)
3	…

MAKE_CLOSURE 0 ：
创建一个函数对象，将位于栈顶的code object(bar函数的code)地址信息赋
给该函数对象的func_code特性；
将栈顶第二项(包含cell对象地址的元组)赋给该函数对象的func_closure特性；
最后将该函数对象地址信息压入栈。

STORE_FAST 0 (bar) ：
从栈顶取出之前创建的函数对象的地址信息赋给局部变量bar(局部变量名记录在func_code.co_varnames中)
func_code.co_varnames的内容为('bar',)
将变量bar(记录在func_code.cellvars [0] )绑定栈顶的函数对象地址。
LOAD_FAST 0 (bar) ：
将变量bar的值压入栈。

RETURN_VALUE
返回栈顶项，print bar可以看到<function bar at 0x01D899F0>

• 再分析bar函数就简单了

5           0 LOAD_CONST            1 (4)
             3 STORE_FAST               0 (a)
 
6           6 LOAD_DEREF               0 (m)
             9 LOAD_DEREF               1 (n)
             12 BINARY_ADD
             13 LOAD_FAST               0 (a)
             16 BINARY_ADD
             17 RETURN_VALUE

重点是LOAD_DEREF，该方法主要是将cell对象中的object内容压入栈。大致过程如下：

根据变量m的值找到包装在cell内的int object的地址信息
m的值：<cell at 0x01D572B0: int object at 0x0180D6F8>

根据地址取出int值，压入栈。

http://www.cnblogs.com/ChrisChen3121/p/3208119.html