python闭包 - 理解与应用

闭包定义

闭包是指在一个函数内部定义的函数，并且这个内部函数可以访问外部函数的局部变量。当外部函数执行完毕后，内部函数仍然可以访问外部函数的局部变量，这种函数就称为闭包。

在Python中，闭包通常用来保存一些状态信息，可以在外部函数执行完毕后继续使用这些状态信息。闭包可以帮助我们实现一些特定功能，比如保存函数的状态，实现装饰器等。

示例

def outer_func():
    x = 10
    
    def inner_func():
        print(x)
    
    return inner_func

closure = outer_func()
closure()  # 输出：10

在这个例子中，inner_func是一个闭包，它可以访问外部函数outer_func的局部变量x。当调用closure()时，内部函数inner_func仍然可以访问并打印外部函数的局部变量x的值。

闭包实际应用

保存状态信息

保存状态信息：闭包可以用来保存一些状态信息，这些信息可以在外部函数执行完毕后继续使用。例如，可以使用闭包来记录函数调用的次数或者实现计数器功能。

def counter():
    count = 0
    
    def inner_counter():
        nonlocal count
        count += 1
        return count
    
    return inner_counter

c = counter()
print(c())  # 输出：1
print(c())  # 输出：2

实现装饰器

闭包可以用来实现装饰器，即在不修改原函数代码的情况下，为函数添加额外的功能。

def my_decorator(func):
    def wrapper():
        print("Before function call")
        func()
        print("After function call")
    
    return wrapper

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

say_hello()

在这个例子中，my_decorator是一个闭包，它接受一个函数作为参数，并返回一个新的函数wrapper，在wrapper中添加了额外的功能。通过装饰器语法@my_decorator，我们可以在say_hello函数调用前后打印额外的信息。

回调函数

闭包经常用作回调函数，用于异步编程或事件处理。例如，当某个事件发生时，可以调用一个闭包函数来处理该事件。

def event_handler(callback):
    def inner_event_handler(event):
        print("Event:", event)
        callback(event)
    
    return inner_event_handler

def on_event(event):
    print("Handling event:", event)

handler = event_handler(on_event)
handler("click")  # 输出：Event: click Handling event: click

缓存函数

闭包可以用来实现函数的结果缓存，以提高性能。例如，可以将函数的输入参数和对应的输出结果存储在闭包中，下次调用函数时可以直接返回缓存的结果。

def memoize(func):
    cache = {}
    
    def memoized_func(n):
        if n not in cache:
            cache[n] = func(n)
        return cache[n]
    
    return memoized_func

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

print(fibonacci(5))  # 输出：5

实现私有变量

闭包可以用来模拟私有变量，即外部函数的局部变量对外部不可见，但内部函数仍然可以访问和修改这些变量。

def private_variable():
    secret = "I am a secret"
    
    def get_secret():
        return secret
    
    def set_secret(new_secret):
        nonlocal secret
        secret = new_secret
    
    return get_secret, set_secret

get_secret, set_secret = private_variable()
print(get_secret())  # 输出：I am a secret
set_secret("New secret")
print(get_secret())  # 输出：New secret

这些例子展示了闭包的多种用途，包括保存状态信息、实现装饰器、回调函数、缓存函数和模拟私有变量等。通过闭包，我们可以实现更加灵活和功能性强大的代码结构。