Python 闭包

大家接触过python肯定都知道闭包这个东西，但是有些人看过也就忘记了，感觉对他的用处也不是很明朗，只是知道有这个东西，那么今天就随着我一起学习这个闭包吧！

闭包介绍

简单来说： 内部函数对外部函数作用域内变量的引用（非全局变量），则称内部函数为闭包。乍一听好像也是丈二和尚摸不着头脑，那么就让我们看代码来进一步了解吧！

代码介绍

def outer():
    message = "welcome to python"
    def inner():
        print(f"{message}")
    inner()

outer()

那么各位同学可以猜想一下,运行结束后，输出什么呢？ 我想各位都猜对了，那就是 welcome to python, 其实这个就是一个闭包， 我们的inner是内部程序，这时候我们用到了外部的outer的变量也就是message，这样我们就成为一个闭包。应该比较容易理解吧！那么下一步我会进行一个程序变形，那么你能看出下一步输出什么吗？

def outer():
    message = "welcome to python"
    def inner():
        print(f"{message}")
    message = "wow python is amazing!"
    return inner

f = outer()
f()

那么我们现在改完后，各位同学还能猜出输出什么吗？哈哈，可能部分同学认为输出的依旧是“welcome to python”,理由可能如下：

我们运行outer的时候实际上返回了inner函数，此时inner执行的时候直接就会输出 outer里面的message，所以输出的是 welcome to python。 那么事实真的如此吗？我们来运行看看！

可惜，可能和部分同学想的不一样了，那么为什么会输出wow python is amazing 呢？下面我来讲解一下：

闭包的原理

其实，我们在执行上述程序的时候，先运行的outer，此时实际上python悄默默的的做了一件事情，那就是将Message存了起来，等到inner运行的时候从里面拿出来，那么同学说我怎么看不到呢？下面使用debug模式我们来看一下！

大家可以看到我debug的时候查看一个内部函数，f.__closure__ 这个是什么呢？ 其实这个就是闭包函数，closure 翻译成闭包就是中文的意思，那么此时做了什么事情呢？ 实际上 __closure__ 是一个元组类型的，实际上是进行了一个复制操作将wow python is amazing 复制了一份放在了元祖中，所以在使用的时候实际上是从这个地方去出来的数据，为了证实我们可以进一步来看！

def outer():
    message = "welcome to python"
    name = "xiao ming "

    def inner():
        print(f"{name}+{message}")

    # message = "wow python is amazing!"
    return inner


f = outer()
f()

运行结果：

我们可以看出确实将信息存储在了__closure__ 中，如果你理解了上述的，你也就明白了闭包为什么是内部函数使用外部函数的变量信息。

使用场景

说了这么多，那么闭包的应用场景有哪些呢？ 那就一起来看吧！

1. 数据封装和隐私保护

闭包可以用来封装数据，使得数据只通过特定的函数接口进行访问和修改，从而保护数据的隐私性。

def outer(text):
    def inner():
        print(text)
    return inner

# 使用闭包
my_printer = outer("Hello, World!")
my_printer()  # 输出: Hello, World!

在这个例子中，text 变量被封装在 outer 函数的作用域中，只有通过 inner 函数才能访问。

2. 装饰器

Python 中的装饰器是一种常用的闭包应用场景。装饰器允许你在不修改原有函数代码的情况下，给函数增加新的功能。

关于装饰器可以看这我这篇更加详细的介绍：https://8888666.top/2024/08/07/python%E8%A3%85%E9%A5%B0%E5%99%A8/

def my_decorator(func):
    def wrapper():
        print("Something is happening before the function is called.")
        func()
        print("Something is happening after the function is called.")
    return wrapper

@my_decorator
def say_hello():
    print("Hello!")

say_hello()
# 输出:
# Something is happening before the function is called.
# Hello!
# Something is happening after the function is called.

3. 工厂函数

工厂函数是返回函数的函数，这些返回的函数可以捕获并操作创建它们时的环境。这常用于生成具有特定行为或状态的函数实例。

def make_multiplier_of(n):
    def multiplier(x):
        return x * n
    return multiplier

times_two = make_multiplier_of(2)
times_three = make_multiplier_of(3)

print(times_two(10))  # 输出: 20
print(times_three(10))  # 输出: 30

4. 回调函数

在某些异步编程或事件驱动编程场景中，回调函数经常被用作闭包。它们允许在将来某个时间点调用一个函数，同时保持对当前环境或数据的引用。

def perform_action(action, value):
    result = action(value)
    print(f"The result is {result}")

def add_ten(x):
    return x + 10

perform_action(add_ten, 5)  # 闭包的概念在这里不是直接体现，但回调函数常与闭包结合使用

# 假设在异步或事件驱动环境中，回调函数作为闭包传递，以保持对外部环境的引用

5. 缓存机制

闭包可以用来实现缓存机制，尤其是当函数计算代价较高且其结果可以重用时。通过缓存函数的返回值，可以显著提高程序的性能。

def memoize(func):
    cache = {}
    def inner(*args):
        if args in cache:
            return cache[args]
        result = func(*args)
        cache[args] = result
        return result
    return inner

@memoize
def fibonacci(n):
    if n <= 1:
        return n
    return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)

# 调用 fibonacci 多次，可以看到缓存的效果

这些只是闭包在 Python 中应用的几个例子，实际上闭包的应用场景非常广泛，几乎可以在任何需要封装数据或函数逻辑的场景中使用。