Python 中的閉包與裝飾器

閉包(closure)是函數式編程的重要的語法結構。閉包也是一種組織代碼的結構，它同樣提高了代碼的可重覆使用性。

如果在一個內嵌函數里，對在外部函數內（但不是在全局作用域）的變數進行引用，那麼內嵌函數就被認為是閉包(closure)。

定義在外部函數內但由內部函數引用或者使用的變數稱為自由變數。

總結一下,創建一個閉包必須滿足以下幾點:

• 1. 必須有一個內嵌函數
• 2. 內嵌函數必須引用外部函數中的變數
• 3. 外部函數的返回值必須是內嵌函數

1.閉包使用示例

先看一個閉包的例子：

In [10]: def func(name):
    ...:     def in_func(age):
    ...:         print 'name:',name,'age:',age
    ...:     return in_func
    ...: 

In [11]: demo = func('feiyu')

In [12]: demo(19)
name: feiyu age: 19

這裡當調用 func 的時候就產生了一個閉包——in_func,並且該閉包持有自由變數——name，因此這也意味著，當函數func的生命周期結束之後，name這個變數依然存在，因為它被閉包引用了，所以不會被回收。

在 python 的函數內，可以直接引用外部變數，但不能改寫外部變數，因此如果在閉包中直接改寫父函數的變數，就會發生錯誤。看以下示例：

實現一個計數閉包的例子：

def counter(start=0):
    count = [start] 
    def incr():
        count[0] += 1
        return count
    return incr

a = counter()
print 'a:',a

In [32]: def counter(start=0):
    ...:     count = start
    ...:     def incr():
    ...:         count += 1
    ...:         return count
    ...:     return incr
    ...: 

In [33]: a = counter()

In [35]: a()  #此處會報錯

UnboundLocalError: local variable 'count' referenced before assignment

應該像下麵這樣使用：

In [36]: def counter(start=0):
    ...:     count = [start]
    ...:     def incr():
    ...:         count[0] += 1
    ...:         return count
    ...:     return incr
    ...: 

In [37]: count = counter(5)

In [38]: for i in range(10):
    ...:     print count(),
    ...:     
[6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15]

2.使用閉包的陷阱

In [1]: def create():
   ...:     return [lambda x:i*x for i in range(5)]  #推導式生成一個匿名函數的列表
   ...: 

In [2]: create()
Out[2]: 
[<function __main__.<lambda>>,
 <function __main__.<lambda>>,
 <function __main__.<lambda>>,
 <function __main__.<lambda>>,
 <function __main__.<lambda>>]

In [4]: for mul in create():
   ...:     print mul(2)
   ...:     
8
8
8
8
8

結果是不是很奇怪，這算是閉包使用中的一個陷阱吧！來看看為什麼？

在上面的代碼當中，函數create返回一個list裡面保存了4個函數變數，這4個函數都共同的引用了迴圈變數i, 也就是說它們共用著同一個變數i，i是會改變的，當函數調用時，迴圈變數i已經是等於4了，因此4個函數返回的都是8。如果，需要在閉包使用迴圈變數的值的話，把迴圈變數作為閉包的預設參數或者是通過偏函數來實現。實現的原理也很簡單，就是當把迴圈變數當參數傳入函數時，會申請新的記憶體。示例代碼如下：

In [5]: def create():
   ...:         return [lambda x,i=i:i*x for i in range(5)] 
   ...: 
In [7]: for mul in create():
   ...:     print mul(2)
   ...:     
0
2
4
6
8

3，閉包與裝飾器

裝飾器就是一種的閉包的應用，只不過其傳遞的是函數：

def addb(func):
    def wrapper():
        return '<b>' + func() + '</b>'
    return wrapper

def addli(func):
    def wrapper():
        return '<li>' + func() + '</li>'
    return wrapper 

@addb         # 等同於 demo = addb(addli(demo)) 
@addli        # 等同於 demo = addli(demo)
def demo():
    return 'hello world'

print demo()    # 執行的是 addb(addku(demo))

在執行時，首先將demo函數傳遞給addli進行裝飾，然後將裝飾後的函數傳遞給addb進行裝飾。所以最後返回的結果是：

<b><li>hello world</li></b>

4.裝飾器中的陷阱

當你寫了一個裝飾器作用在某個函數上,這個函數的重要的元信息比如名字、文檔字元串、註解和參數簽名都會丟失。

def out_func(func):
    def wrapper():
        func()
    return wrapper

@out_func
def demo():
    """
        this is  a demo.
    """
    print 'hello world.'

if __name__ == '__main__':
    demo()
    print "__name__:",demo.__name__
    print "__doc__:",demo.__doc__

看結果：

hello world.
__name__: wrapper
__doc__: None

函數名字和文檔字元串都變成了閉包的信息。好在可以使用 functools 庫中的 @wraps 裝飾器來註解底層包裝函數。

from functools import wraps

def out_func(func):
    @wraps(func)
    def wrapper():
        func()
    return wrapper

自己試試結果吧！

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