【Python】什么是闭包

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在 Python 中很多教材都没有提及什么是闭包，但在定义一个 Decorator 时，就已经用到闭包了。如果不理解什么是闭包，则不可能清晰掌握Decorator 装饰器。

要形成闭包，首先得有一个嵌套的函数，即函数中定义了另一个函数，闭包则是一个集合，它包括了外部函数的局部变量，这些局部变量在外部函数返回后也继续存在，并能被内部函数引用。

1. 先简单理解一下什么是闭包

举个例子：

这是个经常使用到的例子，定义一个函数 generate_power_func，它返回另一个函数，现在闭包形成的条件已经达到。

def generate_power_func(n):
    print "id(n): %X" % id(n)
    def nth_power(x):
        return x**n
    print "id(nth_power): %X" % id(nth_power)
    return nth_power

对于内部函数 nth_power，它能引用到外部函数的局部变量 n，而且即使 generate_power_func 已经返回。把这种现象就称为闭包。具体使用一下。

>>> raised_to_4 = generate_power_func(4)
id(n): 246F770
id(nth_power): 2C090C8
>>> repr(raised_to_4)
' '

从结果可以看出，当 generate_power_func(4) 执行后, 创建和返回了 nth_power 这个函数对象，内存地址是 0x2C090C8,并且发现 raised_to_4 和它的内存地址相同，即 raised_to_4 只是这个函数对象的一个引用。先在全局命名空间中删除 generate_power_func，再试试会出现什么结果。

>>> del generate_power_func
>>> raised_to_4(2)
16

啊哈，居然没出现错误， nth_power 是怎么知道 n 的值是 4，而且现在在 generate_power_func 甚至都不在这个命名空间了。对，这就是闭包的作用，外部函数的局部变量可以被内部函数引用，即使外部函数已经返回了。

_closure_ 属性和 cell 对象

现在知道闭包是怎么一回事了，那就到看看闭包到底是怎么回事的时候了。

Python 中函数也是对象，所以函数也有很多属性，和闭包相关的就是 __closure__ 属性。__closure__ 属性定义的是一个包含 cell 对象的元组，其中元组中的每一个 cell 对象用来保存作用域中变量的值。

>>> raised_to_4.__closure__
(,)
>>> type(raised_to_4.__closure__[0])>>> raised_to_4.__closure__[0].cell_contents
4

就如刚才所说，在 raised_to_4 的 __closure__ 属性中有外部函数变量 n 的引用，通过内存地址可以发现，引用的都是同一个 n。如果没用形成闭包，则 __closure__ 属性为 None。对于 Python 具体是如何实现闭包的，可以查看 Python闭包详解，它通过分析 Python 字节码来讲述闭包的实现。

2. 进一步加深闭包理解

一个函数闭包是一个函数和一个引用集合的组合，这个引用集合指向这个函数被定义的作用域的变量。后者通常指向一个引用环境(referencing environment)，这使得函数能够在它被定义的区域之外执行。在Python中，这个引用环境被存储在一个cell的tuple中。你能够通过func_closure或Python 3中的__closure__属性访问它。要铭记的一点是引用及是引用，而不是对象的深度拷贝。当然了，对于不可变对象而言，这并不是问题，然而对可变对象(list)这点就必须注意，随后会有一个例子说明。请注意函数在定义的地方也有__globals__字段来存储全局引用环境。

来看一个简单的例子：

>>> def return_func_that_prints_s(s):
...     def f():
...             print s
...     return f
...
>>> g = return_func_that_prints_s("Hello")
>>> h = return_func_that_prints_s("World")
>>> g()
Hello
>>> h()
World
>>> g is h
False
>>> h.__closure__
(,)
>>> print [str(c.cell_contents) for c in g.__closure__]
['Hello']
>>> print [str(c.cell_contents) for c in h.__closure__]
['World']

一个稍复杂的例子。确保明白为什么会这么执行。

>>> def return_func_that_prints_list(z):
...     def f():
...             print z
...     return f
...
>>> z = [1, 2]
>>> g = return_func_that_prints_list(z)
>>> g()
[1, 2]
>>> z.append(3)
>>> g()
[1, 2, 3]
>>> z = [1]
>>> g()
[1, 2, 3]

【译者】：z.append(3)时，g()内部的引用和z仍然指向一个变量，而z=1之后，两者就不再指向一个变量了。

最后，来看看代码中使用到的dump_closure方法的定义。

def dump_closure(f):
   if hasattr(f, "__closure__") and f.__closure__ is not None:
       print "- Dumping function closure for %s:" % f.__name__
       for i, c in enumerate(f.__closure__):
           print "-- cell %d  = %s" % (i, c.cell_contents)
   else:
       print " - %s has no closure!" % f.__name__

参考###