根據(jù)Python常見面試題來談?wù)?Python 閉包

這里根據(jù)我們平常見到的一些Python常見面試題來跟大家說一下關(guān)于Python閉包的相關(guān)問題！

題目：

1.什么是閉包？閉包的定義？

2.手寫一個簡單的閉包

3.變量作用域規(guī)則與 nonlocal 關(guān)鍵字？

4.閉包的應(yīng)用

答案要點：

1.首先，我們要了解變量作用域

# 示例一
def test1(a):
 print(a)
 print(b) # 當(dāng)函數(shù)執(zhí)行到這一步時會報錯。
 # NameError: global name 'b' is not defined
test1(1) 
# 示例二
b = 6
def test2(a):
 print(a)
 print(b) 
test2(1) # 1 6
# 示例三
b = 6
def test3(a):
 print(a)
 print(b) # 當(dāng)函數(shù)執(zhí)行到這一步仍然會報錯
 # UnboundLocalError: local variable 'b' referenced before assignment
 b = 9 # 比示例二多了一行賦值
test3(1)

學(xué)過其他語言，比如 Java ，對示例三的結(jié)果會比較驚訝，在 Java 中類似的情況，不會報錯，會引用外部的全局變量，而如果在內(nèi)部重新賦值后，再次使用則會用局部變量的值。而在 Python 中情況則不一樣，它在編譯函數(shù)時，發(fā)現(xiàn)對 b 有賦值的操作，它判定 b 是一個局部變量，所以在打印 b 時，它會去查詢局部變量b，發(fā)現(xiàn)并沒有賦值，所以會拋出異常。

引用《流暢的Python》中對此的解釋：

這不是缺陷，而是設(shè)計選擇：Python 不要求聲明變量，但是假定在函數(shù)定義體中賦值的變量是局部變量。這比 JavaScript 的行為要好多了，JavaScript 也不要求聲明變量，但是如果忘記把變量聲明為局部變量(使用var)，可能會在不知情的情況下獲取全局部變量。

上段話第一次看可能會有點不明白，其實簡單來說，Python 就是這樣設(shè)計的，它認(rèn)為在函數(shù)體中，如果對變量有賦值操作，則證明這個變量是一個局部變量，并且它只會從局部變量中去讀取數(shù)據(jù)。這樣設(shè)計可以避免我們在不知道的情況下，獲取到全局變量的值，從而導(dǎo)致一些錯誤數(shù)據(jù)的出現(xiàn)。

至于解決方法，就是使用 global 關(guān)鍵字，來說明我們使用的是 全局變量 。示例如下：

b = 6
def test4(a):
 print(a)
 global b # 1
 print(b) # 6
 b = 9 
 print(b) # 9 
test4(1)

2.閉包的定義： 簡單來說，閉包的概念就是當(dāng)我們在函數(shù)內(nèi)定義一個函數(shù)時，這個內(nèi)部函數(shù)使用了外部函數(shù)的臨時變量，且外部函數(shù)的返回值是內(nèi)部函數(shù)的引用時，我們稱之為閉包。有點繞

代碼如下：

# 一個簡單的實現(xiàn)計算平均值的代碼
 
def get_avg():
 scores = [] # 外部臨時變量
 
 def inner_count_avg(val): # 內(nèi)部函數(shù)，用于計算平均值
 scores.append(val) # 使用外部函數(shù)的臨時變量
 return sum(scores) / len(scores) # 返回計算出的平均值
 
 return inner_count_avg # 外部函數(shù)返回內(nèi)部函數(shù)引用
 
avg = get_avg()
print(avg(10)) # 10
print(avg(11)) # 10.5
...

3.nonlocal 關(guān)鍵字 。上面的代碼，有一個小缺陷，有很多重復(fù)的計算，當(dāng)我們傳入一個新的值想要得到新的平均值時，其他前一次的總和是可以通過外部臨時變量存儲的。于是我們很自然的想到下面的代碼：

# 一個簡單的實現(xiàn)計算平均值的代碼改進(jìn)版一
def get_avg():
 scores = 0 # 將外部臨時變量由 list 改為一個 整型數(shù)值
 count = 0 # 同時新增一個變量，記錄個數(shù)
 def inner_count_avg(val): # 內(nèi)部函數(shù)，用于計算平均值
 scores += val # 使用外部函數(shù)的臨時變量
 count += 1
 return scores / count # 返回計算出的平均值
 return inner_count_avg # 外部函數(shù)返回內(nèi)部函數(shù)引用
avg = get_avg()
print(avg(10)) # 報錯
...

這里報錯的原因，請看第 1 點：變量的作用規(guī)則。因為 scores += val ，其實就是 scores = scores + val，有了賦值操作，則認(rèn)為 scores 是局部變量了。而我們也沒辦法使用 global 關(guān)鍵字，因為此時 scores 和 count 是定義在 get_ave 函數(shù)內(nèi)的，它們倆也是一個局部變量。而為什么我們使用 list 時，沒有出現(xiàn)這個問題呢？也是很好理解的，因為我們使用的是 list.append() 方法，它沒有賦值操作。你可以簡單認(rèn)為，可變對象(即我們可以通過調(diào)用自身一些方法去做增刪改操作且變量地址值不變)不存在此問題，而不可變對象則會有。

在 Python 3 中引入了一個關(guān)鍵詞 nonlocal 解決了這一個問題：

# 一個簡單的實現(xiàn)計算平均值的代碼改進(jìn)版二
def get_avg():
 scores = 0 # 將外部臨時變量由 list 改為一個 整型數(shù)值
 count = 0 # 同時新增一個變量，記錄個數(shù)
 def inner_count_avg(val): # 內(nèi)部函數(shù)，用于計算平均值
 nonlocal count, scores
 scores += val # 使用外部函數(shù)的臨時變量
 count += 1
 return scores / count # 返回計算出的平均值
 return inner_count_avg # 外部函數(shù)返回內(nèi)部函數(shù)引用
avg = get_avg()
print(avg(10)) # 報錯

你也許會說，那在 Python 2 的環(huán)境下應(yīng)該怎么解決呢？emm~其實呢 也是有辦法的，思路就是將不可變對象變?yōu)榭勺儗ο蠹纯?。具體代碼如下：

# -*- coding:utf-8 -*-
class Score:
 pass
def get_avg():
 s = Score() # 使用類對象
 s.scores = 0.0 # 注意 Python 2 中整數(shù)除法是舍棄小數(shù)的，所以要定義為浮點數(shù)
 s.count = 0
 def inner_get_avg(val):
 s.count += 1
 s.scores += val
 return s.scores / s.count
 return inner_get_avg
avg = get_avg()
print(avg(10)) # 10.0
print(avg(11)) # 10.5

4.閉包的應(yīng)用：首先是裝飾器，裝飾器就是通過修改被裝飾函數(shù)，來達(dá)到增加新功能的作用。當(dāng)我們在內(nèi)部函數(shù)去修改被裝飾函數(shù)時，大部分情況都會使用到閉包。簡單示例：

def decorator(func): # 外部函數(shù)的局部變量 func
 def wrapper(*args, **kwargs): # 接受被包裝函數(shù)傳入過來的參數(shù)
 return func(*args, **kwargs) # 使用外部函數(shù)的局部變量 func
 return wrapper
@decorator
def basic_func(name):
 print 'my name is', name
# 等價于
decorator_func(func)

另外一個應(yīng)用由之前求平均值的示例也可以看出來，可以在重復(fù)計算時提高效率。其次還有一個比較重要的應(yīng)用場景，就是利用“惰性求值”這一特性，這一點在 Django 的 QuerySet 里有體現(xiàn)。當(dāng)我們利用 ORM 去做 SQL 查詢時，很多時候會根據(jù)不同的判斷條件，去加 filter，加 filter 的時候并沒有真正做查詢，在最終獲取結(jié)果的時候才真正執(zhí)行了查詢。

這里也是根據(jù)我們平常見到的一些Python常見面試題來跟大家講的Python閉包，有補充的伙伴非常歡迎留言補充哈！也希望大家能夠互相學(xué)習(xí)，取長補短，進(jìn)步呀！