Python中閉包的基本使用方法有哪些

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什么是閉包

閉包（Closure）是一種函數(shù)，它被定義在另一個(gè)函數(shù)的內(nèi)部，并且可以訪問該函數(shù)作用域中的變量，即使該函數(shù)已經(jīng)執(zhí)行完畢并被銷毀。換句話說，閉包是一個(gè)函數(shù)和其所在的環(huán)境的組合體。

簡單來說，閉包是一種函數(shù)的特殊形式，它可以在函數(shù)外部訪問函數(shù)內(nèi)部的變量，但是這些變量并不會(huì)在函數(shù)執(zhí)行完畢后被銷毀。閉包在 Python 中可以用于創(chuàng)建模塊化、可重用的代碼。

Python中的閉包

Python 中的函數(shù)是第一類對象，也就是說，它們可以像其他對象一樣被傳遞、引用、返回和賦值。在Python 中，閉包可以通過函數(shù)嵌套來實(shí)現(xiàn)。

下面是一個(gè)簡單的例子，演示了如何創(chuàng)建一個(gè)閉包：

def outer_function(x): 
    def inner_function(y): 
        return x + y 
    return inner_function 
    
closure = outer_function(10)
print(closure(5))

在這個(gè)例子中，outer_function是一個(gè)函數(shù)，它接受一個(gè)參數(shù)x，并返回一個(gè)函數(shù)inner_function。inner_function也是一個(gè)函數(shù)，它接受一個(gè)參數(shù)y，并返回x和y的和。

在最后一行代碼中，我們創(chuàng)建了一個(gè)閉包closure，并將outer_function(10)的返回值（也就是inner_function）賦值給它。然后我們調(diào)用closure函數(shù)，傳入?yún)?shù)5，并打印返回值15。這個(gè)例子中，x的值是10，因?yàn)槲覀儌鬟f給outer_function的參數(shù)是10。

閉包的實(shí)現(xiàn)方式

Python 中的閉包有兩種實(shí)現(xiàn)方式：函數(shù)嵌套和裝飾器。

函數(shù)嵌套

在 Python 中，我們可以定義一個(gè)函數(shù)，在這個(gè)函數(shù)內(nèi)部再定義另一個(gè)函數(shù)，然后返回這個(gè)內(nèi)部函數(shù)。這個(gè)內(nèi)部函數(shù)就可以訪問外部函數(shù)的變量，這就是一個(gè)閉包。

嵌套方式如上文的簡單例子，在此不再詳述。

裝飾器

裝飾器是 Python 中另一種實(shí)現(xiàn)閉包的方式。裝飾器是一個(gè)函數(shù)，它可以接受一個(gè)函數(shù)作為參數(shù)，并返回一個(gè)新的函數(shù)。新的函數(shù)可以在原函數(shù)的基礎(chǔ)上添加一些新的功能，而不需要改變原函數(shù)的代碼。

下面是一個(gè)簡單的例子，演示了如何使用裝飾器實(shí)現(xiàn)閉包：

def my_decorator(func):
    def wrapper():
        print("Before the function is called.") 
        func() 
        print("After the function is called.") 
    return wrapper 
    
@my_decorator 
def say_hello():
    print("Hello!")
    say_hello()

在這個(gè)例子中，我們定義了一個(gè)裝飾器函數(shù)my_decorator，并將其應(yīng)用到函數(shù)say_hello上。裝飾器函數(shù)接受一個(gè)函數(shù)作為參數(shù)，并返回一個(gè)新的函數(shù)wrapper。wrapper函數(shù)在原函數(shù)say_hello的基礎(chǔ)上添加了一些新的功能。

在最后一行代碼中，我們調(diào)用say_hello函數(shù)，打印出以下內(nèi)容：

Before the function is called.
Hello!
After the function is called.

通過裝飾器，我們成功實(shí)現(xiàn)了一個(gè)閉包。

閉包的應(yīng)用

閉包在 Python 中有很多應(yīng)用場景，下面列舉幾個(gè)常見的場景：

1. 延遲執(zhí)行

閉包可以用來實(shí)現(xiàn)延遲執(zhí)行，也就是在函數(shù)被調(diào)用時(shí)才進(jìn)行計(jì)算。這可以提高程序的性能，特別是在計(jì)算復(fù)雜的表達(dá)式時(shí)。

下面是一個(gè)例子，演示了如何使用閉包實(shí)現(xiàn)延遲執(zhí)行：

def delayed_sum(a, b):
    def sum(): 
        return a + b 
    return sum 
    
result = delayed_sum(1, 2) 
print(result()) # 3

在這個(gè)例子中，我們定義了一個(gè)delayed_sum函數(shù)，它接受兩個(gè)參數(shù)a和b，并返回一個(gè)函數(shù)sum。當(dāng)我們調(diào)用delayed_sum函數(shù)時(shí)，它不會(huì)計(jì)算a和b的和，而是返回一個(gè)sum函數(shù)。當(dāng)我們調(diào)用sum函數(shù)時(shí)，它才會(huì)計(jì)算a和b的和并返回結(jié)果。

2. 緩存結(jié)果

閉包可以用來緩存函數(shù)的結(jié)果，特別是在計(jì)算復(fù)雜的函數(shù)時(shí)，可以大大提高程序的性能。

下面是一個(gè)例子，演示了如何使用閉包實(shí)現(xiàn)緩存結(jié)果：

def memoize(func):
    cache = {} 
    
    def wrapper(*args):
        if args in cache: 
            return cache[args] 
        result = func(*args) 
        cache[args] = result 
        return result 
    return wrapper 
                                        
@memoize 
def fibonacci(n): 
    if n in (0, 1):
        return n 
    return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2) 
    
print(fibonacci(10)) # 55

在這個(gè)例子中，我們定義了一個(gè)memoize裝飾器函數(shù)，它可以緩存被裝飾函數(shù)的結(jié)果。在fibonacci函數(shù)中，我們使用了memoize裝飾器，以避免重復(fù)計(jì)算斐波那契數(shù)列中的值。當(dāng)我們第一次調(diào)用fibonacci函數(shù)時(shí)，它會(huì)計(jì)算出fibonacci(0)和fibonacci(1)的值，并將它們存儲(chǔ)在緩存中。當(dāng)我們下一次調(diào)用fibonacci函數(shù)時(shí)，它會(huì)首先檢查緩存中是否已經(jīng)計(jì)算了所需的值，如果有，直接返回緩存中的結(jié)果，否則再進(jìn)行計(jì)算。

3. 實(shí)現(xiàn)類似于私有變量的功能

在 Python 中，我們無法像 Java 和 C++ 那樣直接定義私有變量。但是，我們可以使用閉包來實(shí)現(xiàn)類似于私有變量的功能。

下面是一個(gè)例子，演示了如何使用閉包實(shí)現(xiàn)私有變量：

def counter():
    count = 0 
    def inner():
        nonlocal count 
        count += 1 
        return count 
    return inner 
   
c1 = counter() 
c2 = counter() 
print(c1()) # 1 
print(c1()) # 2 
print(c2()) # 1 
print(c2()) # 2

在這個(gè)例子中，我們定義了一個(gè)counter函數(shù)，它返回一個(gè)inner函數(shù)。inner函數(shù)可以訪問count變量，而count變量是在counter函數(shù)中定義的。由于 Python 中沒有直接定義私有變量的語法，我們使用了一個(gè)內(nèi)部函數(shù)來訪問外部函數(shù)中的變量。這樣，我們就可以實(shí)現(xiàn)類似于私有變量的功能。

在調(diào)用c1和c2時(shí)，它們返回的inner函數(shù)中的count變量是不同的。這是因?yàn)槊看握{(diào)用counter函數(shù)時(shí)，它都會(huì)返回一個(gè)新的inner函數(shù)，每個(gè)inner函數(shù)都有自己的count變量。

閉包的優(yōu)缺點(diǎn)

閉包有很多優(yōu)點(diǎn)，例如：

• 可以避免使用全局變量，提高程序的可維護(hù)性；

• 可以實(shí)現(xiàn)類似于私有變量的功能，提高程序的安全性；

• 可以實(shí)現(xiàn)延遲執(zhí)行和緩存結(jié)果，提高程序的性能。

但是，閉包也有一些缺點(diǎn)，例如：

• 可能會(huì)占用較多的內(nèi)存空間，因?yàn)殚]包會(huì)保留外部函數(shù)的狀態(tài)；

• 可能會(huì)導(dǎo)致循環(huán)引用的問題，如果閉包中引用了外部函數(shù)的變量，而這些變量又引用了閉包中的變量，就會(huì)出現(xiàn)循環(huán)引用的問題。

小結(jié)

Python中的閉包是一種非常強(qiáng)大的編程技術(shù)，它可以幫助我們提高程序的可維護(hù)性、安全性和性能。通過閉包，我們可以避免使用全局變量、實(shí)現(xiàn)類似于私有變量的功能、實(shí)現(xiàn)延遲執(zhí)行和緩存結(jié)果等。

要使用閉包，我們需要了解閉包的原理和使用方法。在Python中，可以使用嵌

套函數(shù)來實(shí)現(xiàn)閉包。在定義閉包時(shí)，需要注意外部函數(shù)和內(nèi)部函數(shù)的作用域、變量的生命周期等問題，以避免出現(xiàn)意外的錯(cuò)誤。

在實(shí)際編程中，可以使用閉包來實(shí)現(xiàn)許多有用的功能，例如緩存結(jié)果、實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)、實(shí)現(xiàn)裝飾器等。對于有經(jīng)驗(yàn)的Python程序員來說，閉包已經(jīng)成為不可或缺的一部分。

在使用閉包時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 盡量避免在閉包中修改外部函數(shù)的變量。如果需要修改變量，應(yīng)該使用nonlocal關(guān)鍵字。

• 閉包中的變量是在函數(shù)定義時(shí)綁定的，而不是在函數(shù)調(diào)用時(shí)綁定的。因此，如果在閉包中引用了外部函數(shù)的變量，應(yīng)該確保這些變量在閉包定義時(shí)是可用的。

• 閉包中引用的外部函數(shù)的變量會(huì)一直存在，直到閉包被銷毀。因此，如果閉包中引用了外部函數(shù)的大量變量，可能會(huì)占用大量的內(nèi)存空間。

讀到這里，這篇“Python中閉包的基本使用方法有哪些”文章已經(jīng)介紹完畢，想要掌握這篇文章的知識點(diǎn)還需要大家自己動(dòng)手實(shí)踐使用過才能領(lǐng)會(huì)，如果想了解更多相關(guān)內(nèi)容的文章，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。