python 函数进阶-闭包函数

闭包函数

什么是闭包函数

如果内函数使用了外函数的局部变量，并且外函数把内函数返回出来的过程叫做闭包，里面的内函数是闭包函数。

# 外函数 outer
def outer():
	# 外函数变量 num
	var = '外函数局部变量'

	# 内函数 inner
	def inner():
		# 内函数使用了外函数的变量 num
		print('内函数使用了：' + var)

	# 外函数将使用了外函数的局部变量的内函数返回
	return inner

# 返回出的结果就是内函数 inner，现在inner就是一个闭包函数
func = outer()

# 执行返回出的 inner 函数
func()  # 内函数使用了：外函数局部变量

下面是一个复杂的版本。

inner函数返回了函数x 和 y，x 和 y是外函数的内函数，虽然覆盖了原有的外函数的局部变量，但是这两个函数本质上还是外函数的布局变量，所以外函数返回了inner，inner就是一个闭包函数。

inner返回了外函数的x和y函数，x和y函数都是用了外函数的内函数num3，外函数返回inner，inner返回了x和y，所以变相的就是外函数返回了x和y，所以x和y也是闭包函数。

# 外函数
def outer():
   # 外函数的局部变量
   x = 1
   y = 2
   num3 = 3

   # 内函数 x 重名变量 x
   def x():
      # 调用修改了 变量 num3
      nonlocal num3
      num3 *= 10
      print(num3)

   # 内函数 y 重名变量y
   def y():
      # 调用修改了 变量num3
      nonlocal num3
      num3 += 10
      print(num3)
   
   # 内函数inner
   def inner():
      # 返回了同级内函数 x y
      return x, y
   
   # 外函数最终返回了 inner函数
   return inner

判断是否是闭包函数

方法	作用
_closure_	获取闭包函数使用的局部变量
cell_contents	获取单元格对象当中的闭包函数

_closure_

可以使用这个方法判断一个函数是否是一个闭包函数，因为闭包函数必须要使用外函数的局部变量，如果返回None就说明这个函数不是闭包函数，如果返回的是一个元组，说明这是一个闭包函数，元组中有cell单元格对象，一个单元格对象表示这个闭包函数使用了几个外函数的局部变量。

拿上述版本测试。

# 外函数
def outer():
	# 外函数的局部变量
	x = 1
	y = 2
	num3 = 3

	# 内函数 x 重名变量 x
	def x():
		# 调用修改了 变量 num3
		nonlocal num3
		num3 *= 10
		print(num3)

	# 内函数 y 重名变量y
	def y():
		# 调用修改了 变量num3
		nonlocal num3
		num3 += 10
		print(num3)

	# 内函数inner
	def inner():
		# 返回了同级内函数 x y
		return x, y

	# 外函数最终返回了 inner函数
	return inner


# 执行outer返回的结果是inner
func = outer()  # func == inner

# 执行func返回的是 x y 函数
a, b = func()

# 使用__closure__测试这个几个函数是否是闭包函数
print(outer.__closure__)
print(func.__closure__)
print(a.__closure__)
print(b.__closure__)

'''
结果：除了外函数outer之外都返回了cell对象，说明inner x y 都是闭包函数
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

虽然用__closure__获取到了闭包函数使用的元素，但是是以cell单元格对象的形式展示的，我们并不能看出这个使用的 元素到底是什么东西，可以使用cell_contents查看。

# 外函数
def outer():
   # 外函数的局部变量
   x = 1
   y = 2
   num3 = 3

   # 内函数 x 重名变量 x
   def x():
      # 调用修改了 变量 num3
      nonlocal num3
      num3 *= 10
      print(num3)

   # 内函数 y 重名变量y
   def y():
      # 调用修改了 变量num3
      nonlocal num3
      num3 += 10
      print(num3)

   # 内函数inner
   def inner():
      # 返回了同级内函数 x y
      return x, y

   # 外函数最终返回了 inner函数
   return inner


# 执行outer返回的结果是inner
func = outer()  # func == inner


# 使用__closure__返回了闭包函数使用的局部变量
tup = func.__closure__

# 使用 cell_contents 查看这些局部变量都是些什么
res = tup[0].cell_contents
print(res)
res = tup[1].cell_contents
print(res)

'''
结果：可以看到inner 使用的局部变量使用外函数的内函数 x 和 y
None
<function outer.<locals>.x at 0x0000018D5A66C400>
<function outer.<locals>.y at 0x0000018D5A850730>
'''

闭包函数的特点

让我们回忆一下，函数中创建的变量是一个什么变量？是一个局部变量。

局部变量的生命周期是多久？是等局部作用结束之后就会被释放掉。

如果内函数使用了外函数的局部变量，那么这个变量就与闭包函数发生了绑定关系，就延长该变量的生命周期。实际上就是内存给它存储了这个值，暂时不释放。

下面的例子中，我们调用了函数outer并赋予了参数val的值为10，但是outer执行完之后，outer的val并没有被释放，而是被闭包函数inner延长了生命周期，所以val可以一直在inner中按照调用outer函数的时候赋予的值10进行运算。

因为内函数inner使用了外函数outer的变量val，且outer返回了inner，所以inner是一个闭包函数。因为inner是一个闭包函数，当它调用outer的变量val时就会延长val的生命周期，val就不会随着outer的调用结束而被释放
而是存储在了内存当中，当inner再次使用val时，val就会将值赋予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

闭包函数的意义

闭包可以优先使用外函数中的变量，并对闭包中的值起到了封装包保护的作用，使外部无法访问。

我们做一个模拟鼠标点击的事件，可以看得出闭包函数封装保护数据的作用。

现在只是一个普通的函数，它无法对我们使用的变量的数据进行保护，在全局中这个数据可以被随意的修改。

# 不使用闭包，当函数中调用全局变量时，外部也可以控制变量

# 全局变量
num = 0

# 点击事件
def click_num():
	# 每执行一次数值 +1
	global num
	num += 1
	print(num)

# 执行点击事件
click_num()  # 1
click_num()  # 2
click_num()  # 3

# 在全局重新定义了num的值，num的值就被彻底的改变了，但是我们的程序的数据本不该如此。
num = 1231231

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

现在使用闭包函数对数据进行封装保护，就不能在全局中随意的修改我们使用的数据。

# 我们将需要使用的数据放在外函数中，点击事件作为内函数也放在外函数中，然后作为闭包返回。
def clickNum():
	# 需要使用的数据
	num = 0

	# 内函数（真正执行点击事件的函数）
	def inner():
		# 执行点击事件
		nonlocal num
		num += 1
		print(num)

	# 作为闭包返回
	return inner

# 返回闭包
click_num = clickNum()  # # click_num == inner

# 执行点击事件
click_num()  # 1
click_num()  # 2
click_num()  # 3

# 全局中修改 num 的值
num = 123412341234

# 闭包函数对数据的封装保护起到了作用
click_num()  # 4
click_num()  # 5
click_num()  # 6