Python闭包及其作用域

Python闭包及其作用域

关于Python作用域的知识在python作用域有相应的笔记，这个笔记是关于Python闭包及其作用域的详细的笔记

如果在一个内部函数里，对一个外部作用域（但不是全局作用域）的变量进行引用，那么内部函数就被称为闭包（closure）,而这个被内部函数引用的变量则被成为自由变量

闭包和函数调用没多少相关，而是关于使用定义在其他作用域的变量

命名空间和作用域

我们把命名空间看做一个大型的字典类型（Dict），里面包含了所有变量的名字和值的映射关系。在 Python 中，作用域实际上可以看做是“在当前上下文的位置，获取命名空间变量的规则”。在 Python 代码执行的任意位置，都至少存在三层嵌套的作用域：

1. 最内层作用域，最先搜索，包含所有局部变量（Python 默认所有变量声明均为局部变量）
2. 所有包含当前上下文的外层函数的作用域，由内而外依次搜索，这里包含的是非局部也非全局的变量
3. 一直向上搜索，直到当前模块的全局变量
4. 最外层，最后搜索的，内置（built-in）变量

 scopes = {
    "local": {"locals": None,
             "non-local": {"locals": None,
                          "global": {"locals": None,
                                    "built-in": ["built-ins"]}}},
}

除了默认的局部变量声明方式，Python还有global和nonlocal两种类型的声明（nonlocal是Python3.x之后才有的），其中nonlocal是指最内层之外，global以内的变量。必须强调的是，最内层局部作用域对外层作用域的变量只有只读(read-only)的访问权限。比如下列的例子

x = 100
def main():
    x += 1
    print (x)
main()

---------------------------------------------------------------------------
UnboundLocalError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-2-9ed43e483a17> in <module>()
      3 x += 1
      4 print(x)
----> 5 main()
<ipython-input-2-9ed43e483a17> in main()
      1 x = 100
      2 def main():
----> 3 x += 1
      4 print(x)
      5 main()
UnboundLocalError: local variable 'x' referenced before assignment

这里抛出UnboundLocalError，是因为main()函数内部的作用域对于全局变量x仅有只读权限，想要在main()中对x进行改变，不会影响全局变量，而是会创建一个新的局部变量，显然无法对还未创建的局部变量直接使用x += 1, 因为x未绑定到任何对象上。如果想要获得全局变量的完全引用，则需要global声明：

x = 100
def main():
    global x
    x += 1
    print(x)
main()
print(x) # 全局变量已被改变

# result: 
#  101
#  101

闭包

闭包和函数调用没多少相关，而是关于使用定义在其他作用域的变量。
看了上面的Python作用域规则后，我们可以仿照JavaScript写一个计数器的闭包：

"""
/* JavaScript Closure example */
var inc = function(){  
  var x = 0;
  return function(){
    console.log(x++);
  };
};
var inc1 = inc()
var inc2 = inc()
"""

# Python
def inc():
    x = 0
    def inner():
        nonlocal x
        x += 1
        print(x)
    return inner
inc1 = inc()
inc2 = inc()
inc1()
inc1()
inc1()
inc2()


# result:
#    1
#    2
#    3
#    1

在这里，全局环境下不能获取到inc()中的局部变量x的，但是我们返回了inc()内部函数inner(),而inner()对inc()中的局部变量是有访问权限的。也就是说inner()将inc()局部作用域打包发送给了inc1和 inc2，从而使他们各自独立拥有了一块封闭起来的作用域，不受其他运行环境和全局变量的影响，因此称之为闭包。

上述代码中inc1和inc2各自有一块封闭起来的作用域，可以通过Online Python Tutor 可视化运行工具看相应的运行结果