python 函數進階-閉包函數

来源:https://www.cnblogs.com/msr20666/archive/2022/04/10/16125682.html
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類從被載入到虛擬機記憶體中開始，到卸載出記憶體截止，整個生命周期包括：載入、驗證、準備、解析，初始化、使用、卸載七個階段。其中驗證、準備、解析三個部分統稱為連接。 類初始化情況： 遇到new、getstatic、putstatic 或 invokestatic 這4條位元組碼指令時，如果沒有初始化，則需要 ...


閉包函數

什麼是閉包函數

如果內函數使用了外函數的局部變數，並且外函數把內函數返回出來的過程叫做閉包，裡面的內函數是閉包函數。

# 外函數 outer
def outer():
	# 外函數變數 num
	var = '外函數局部變數'

	# 內函數 inner
	def inner():
		# 內函數使用了外函數的變數 num
		print('內函數使用了：' + var)

	# 外函數將使用了外函數的局部變數的內函數返回
	return inner

# 返回出的結果就是內函數 inner，現在inner就是一個閉包函數
func = outer()

# 執行返回出的 inner 函數
func()  # 內函數使用了：外函數局部變數

下麵是一個複雜的版本。

inner函數返回了函數x 和 y，x 和 y是外函數的內函數，雖然覆蓋了原有的外函數的局部變數，但是這兩個函數本質上還是外函數的佈局變數，所以外函數返回了inner，inner就是一個閉包函數。

inner返回了外函數的x和y函數，x和y函數都是用了外函數的內函數num3，外函數返回inner，inner返回了x和y，所以變相的就是外函數返回了x和y，所以x和y也是閉包函數。

# 外函數
def outer():
   # 外函數的局部變數
   x = 1
   y = 2
   num3 = 3

   # 內函數 x 重名變數 x
   def x():
      # 調用修改了 變數 num3
      nonlocal num3
      num3 *= 10
      print(num3)

   # 內函數 y 重名變數y
   def y():
      # 調用修改了 變數num3
      nonlocal num3
      num3 += 10
      print(num3)
   
   # 內函數inner
   def inner():
      # 返回了同級內函數 x y
      return x, y
   
   # 外函數最終返回了 inner函數
   return inner

判斷是否是閉包函數

方法 作用
_closure_ 獲取閉包函數使用的局部變數
cell_contents 獲取單元格對象當中的閉包函數
_closure_

可以使用這個方法判斷一個函數是否是一個閉包函數，因為閉包函數必須要使用外函數的局部變數，如果返回None就說明這個函數不是閉包函數，如果返回的是一個元組，說明這是一個閉包函數，元組中有cell單元格對象，一個單元格對象表示這個閉包函數使用了幾個外函數的局部變數。

拿上述版本測試。

# 外函數
def outer():
	# 外函數的局部變數
	x = 1
	y = 2
	num3 = 3

	# 內函數 x 重名變數 x
	def x():
		# 調用修改了 變數 num3
		nonlocal num3
		num3 *= 10
		print(num3)

	# 內函數 y 重名變數y
	def y():
		# 調用修改了 變數num3
		nonlocal num3
		num3 += 10
		print(num3)

	# 內函數inner
	def inner():
		# 返回了同級內函數 x y
		return x, y

	# 外函數最終返回了 inner函數
	return inner


# 執行outer返回的結果是inner
func = outer()  # func == inner

# 執行func返回的是 x y 函數
a, b = func()

# 使用__closure__測試這個幾個函數是否是閉包函數
print(outer.__closure__)
print(func.__closure__)
print(a.__closure__)
print(b.__closure__)

'''
結果：除了外函數outer之外都返回了cell對象，說明inner x y 都是閉包函數
None
(<cell at 0x0000022F246AECA8: function object at 0x0000022F2466C400>, <cell at 0x0000022F247F3558: function object at 0x0000022F24850730>)
(<cell at 0x0000022F245D8708: int object at 0x00000000542280B0>,)
(<cell at 0x0000022F245D8708: int object at 0x00000000542280B0>,)
'''
cell_contents

雖然用__closure__獲取到了閉包函數使用的元素，但是是以cell單元格對象的形式展示的，我們並不能看出這個使用的 元素到底是什麼東西，可以使用cell_contents查看。

# 外函數
def outer():
   # 外函數的局部變數
   x = 1
   y = 2
   num3 = 3

   # 內函數 x 重名變數 x
   def x():
      # 調用修改了 變數 num3
      nonlocal num3
      num3 *= 10
      print(num3)

   # 內函數 y 重名變數y
   def y():
      # 調用修改了 變數num3
      nonlocal num3
      num3 += 10
      print(num3)

   # 內函數inner
   def inner():
      # 返回了同級內函數 x y
      return x, y

   # 外函數最終返回了 inner函數
   return inner


# 執行outer返回的結果是inner
func = outer()  # func == inner


# 使用__closure__返回了閉包函數使用的局部變數
tup = func.__closure__

# 使用 cell_contents 查看這些局部變數都是些什麼
res = tup[0].cell_contents
print(res)
res = tup[1].cell_contents
print(res)

'''
結果：可以看到inner 使用的局部變數使用外函數的內函數 x 和 y
None
<function outer.<locals>.x at 0x0000018D5A66C400>
<function outer.<locals>.y at 0x0000018D5A850730>
'''

閉包函數的特點

讓我們回憶一下，函數中創建的變數是一個什麼變數？是一個局部變數。

局部變數的生命周期是多久？是等局部作用結束之後就會被釋放掉。

如果內函數使用了外函數的局部變數，那麼這個變數就與閉包函數發生了綁定關係，就延長該變數的生命周期。實際上就是記憶體給它存儲了這個值，暫時不釋放。

下麵的例子中，我們調用了函數outer並賦予了參數val的值為10，但是outer執行完之後，outer的val並沒有被釋放，而是被閉包函數inner延長了生命周期，所以val可以一直在inner中按照調用outer函數的時候賦予的值10進行運算。

因為內函數inner使用了外函數outer的變數val，且outer返回了inner，所以inner是一個閉包函數。因為inner是一個閉包函數，當它調用outer的變數val時就會延長val的生命周期，val就不會隨著outer的調用結束而被釋放
而是存儲在了記憶體當中，當inner再次使用val時，val就會將值賦予inner。

def outer(val):
   def inner(num):
      return val + num

   return inner

func = outer(10)
res = func(10)
print(res)  # 20
res = func(20)
print(res)  # 30

閉包函數的意義

閉包可以優先使用外函數中的變數，並對閉包中的值起到了封裝包保護的作用，使外部無法訪問。

我們做一個模擬滑鼠點擊的事件，可以看得出閉包函數封裝保護數據的作用。

現在只是一個普通的函數，它無法對我們使用的變數的數據進行保護，在全局中這個數據可以被隨意的修改。

# 不使用閉包，當函數中調用全局變數時，外部也可以控制變數

# 全局變數
num = 0

# 點擊事件
def click_num():
	# 每執行一次數值 +1
	global num
	num += 1
	print(num)

# 執行點擊事件
click_num()  # 1
click_num()  # 2
click_num()  # 3

# 在全局重新定義了num的值，num的值就被徹底的改變了，但是我們的程式的數據本不該如此。
num = 1231231

click_num()  # 1231232
click_num()  # 1231233
click_num()  # 1231234

現在使用閉包函數對數據進行封裝保護，就不能在全局中隨意的修改我們使用的數據。

# 我們將需要使用的數據放在外函數中，點擊事件作為內函數也放在外函數中，然後作為閉包返回。
def clickNum():
	# 需要使用的數據
	num = 0

	# 內函數（真正執行點擊事件的函數）
	def inner():
		# 執行點擊事件
		nonlocal num
		num += 1
		print(num)

	# 作為閉包返回
	return inner

# 返回閉包
click_num = clickNum()  # # click_num == inner

# 執行點擊事件
click_num()  # 1
click_num()  # 2
click_num()  # 3

# 全局中修改 num 的值
num = 123412341234

# 閉包函數對數據的封裝保護起到了作用
click_num()  # 4
click_num()  # 5
click_num()  # 6

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