Python深入学习之闭包

闭包(closure)是函数式编程的重要的语法结构。函数式编程是一种编程范式 (而面向过程编程和面向对象编程也都是编程范式)。在面向过程编程中，我们见到过函数(function)；在面向对象编程中，我们见过对象(object)。函数和对象的根本目的是以某种逻辑方式组织代码，并提高代码的可重复使用性(reusability)。闭包也是一种组织代码的结构，它同样提高了代码的可重复使用性。

不同的语言实现闭包的方式不同。Python以函数对象为基础，为闭包这一语法结构提供支持的 (我们在特殊方法与多范式中，已经多次看到Python使用对象来实现一些特殊的语法)。Python一切皆对象，函数这一语法结构也是一个对象。在函数对象中，我们像使用一个普通对象一样使用函数对象，比如更改函数对象的名字，或者将函数对象作为参数进行传递。

函数对象的作用域

和其他对象一样，函数对象也有其存活的范围，也就是函数对象的作用域。函数对象是使用def语句定义的，函数对象的作用域与def所在的层级相同。比如下面代码，我们在line_conf函数的隶属范围内定义的函数line，就只能在line_conf的隶属范围内调用。

代码如下:

def line_conf():
    def line(x):
        return 2*x+1
    print(line(5))   # within the scope

line_conf()
print(line(5))       # out of the scope

line函数定义了一条直线(y = 2x + 1)。可以看到，在line_conf()中可以调用line函数，而在作用域之外调用line将会有下面的错误：

代码如下:

NameError: name 'line' is not defined

说明这时已经在作用域之外。

同样，如果使用lambda定义函数，那么函数对象的作用域与lambda所在的层级相同。

闭包

函数是一个对象，所以可以作为某个函数的返回结果。

代码如下:

def line_conf():
    def line(x):
        return 2*x+1
    return line       # return a function object

my_line = line_conf()
print(my_line(5))

上面的代码可以成功运行。line_conf的返回结果被赋给line对象。上面的代码将打印11。

如果line()的定义中引用了外部的变量，会发生什么呢？

代码如下:

def line_conf():
    b = 15
    def line(x):
        return 2*x+b
    return line       # return a function object

b = 5
my_line = line_conf()
print(my_line(5))

我们可以看到，line定义的隶属程序块中引用了高层级的变量b，但b信息存在于line的定义之外 (b的定义并不在line的隶属程序块中)。我们称b为line的环境变量。事实上，line作为line_conf的返回值时，line中已经包括b的取值(尽管b并不隶属于line)。

上面的代码将打印25，也就是说，line所参照的b值是函数对象定义时可供参考的b值，而不是使用时的b值。

一个函数和它的环境变量合在一起，就构成了一个闭包(closure)。在Python中，所谓的闭包是一个包含有环境变量取值的函数对象。环境变量取值被保存在函数对象的__closure__属性中。比如下面的代码：

代码如下:

def line_conf():
    b = 15
    def line(x):
        return 2*x+b
    return line       # return a function object

b = 5
my_line = line_conf()
print(my_line.__closure__)
print(my_line.__closure__[0].cell_contents)

__closure__里包含了一个元组(tuple)。这个元组中的每个元素是cell类型的对象。我们看到第一个cell包含的就是整数15，也就是我们创建闭包时的环境变量b的取值。

下面看一个闭包的实际例子：

代码如下:

def line_conf(a, b):
    def line(x):
        return ax + b
    return line

line1 = line_conf(1, 1)
line2 = line_conf(4, 5)
print(line1(5), line2(5))

这个例子中，函数line与环境变量a,b构成闭包。在创建闭包的时候，我们通过line_conf的参数a,b说明了这两个环境变量的取值，这样，我们就确定了函数的最终形式(y = x + 1和y = 4x + 5)。我们只需要变换参数a,b，就可以获得不同的直线表达函数。由此，我们可以看到，闭包也具有提高代码可复用性的作用。

如果没有闭包，我们需要每次创建直线函数的时候同时说明a,b,x。这样，我们就需要更多的参数传递，也减少了代码的可移植性。利用闭包，我们实际上创建了泛函。line函数定义一种广泛意义的函数。这个函数的一些方面已经确定(必须是直线)，但另一些方面(比如a和b参数待定)。随后，我们根据line_conf传递来的参数，通过闭包的形式，将最终函数确定下来。

闭包与并行运算

闭包有效的减少了函数所需定义的参数数目。这对于并行运算来说有重要的意义。在并行运算的环境下，我们可以让每台电脑负责一个函数，然后将一台电脑的输出和下一台电脑的输入串联起来。最终，我们像流水线一样工作，从串联的电脑集群一端输入数据，从另一端输出数据。这样的情境最适合只有一个参数输入的函数。闭包就可以实现这一目的。

并行运算正称为一个热点。这也是函数式编程又热起来的一个重要原因。函数式编程早在1950年代就已经存在，但应用并不广泛。然而，我们上面描述的流水线式的工作并行集群过程，正适合函数式编程。由于函数式编程这一天然优势，越来越多的语言也开始加入对函数式编程范式的支持。

赞 (0)

相关推荐

  • Python中的闭包总结

    前几天又有人在我的这篇文章 python项目练习一:即时标记 下留言,关于其中一个闭包和re.sub的使用不太清楚.我在自己的博客上搜索了下,发现没有写过闭包相关的东西,所以决定总结一下,完善博客上Python的内容. 1. 闭包的概念 首先还得从基本概念说起,什么是闭包呢?来看下维基上的解释: 复制代码 代码如下: 在计算机科学中,闭包(Closure)是词法闭包(Lexical Closure)的简称,是引用了自由变量的函数.这个被引用的自由变量将和这个函数一同存在,即使已经离开了创造它的环

  • 详解Python中的装饰器、闭包和functools的教程

    装饰器(Decorators) 装饰器是这样一种设计模式:如果一个类希望添加其他类的一些功能,而不希望通过继承或是直接修改源代码实现,那么可以使用装饰器模式.简单来说Python中的装饰器就是指某些函数或其他可调用对象,以函数或类作为可选输入参数,然后返回函数或类的形式.通过这个在Python2.6版本中被新加入的特性可以用来实现装饰器设计模式. 顺便提一句,在继续阅读之前,如果你对Python中的闭包(Closure)概念不清楚,请查看本文结尾后的附录,如果没有闭包的相关概念,很难恰当的理解P

  • 简单讲解Python中的闭包

    闭包并不是什么新奇的概念,它早在高级语言开始发展的年代就产生了.闭包(Closure)是词法闭包(Lexical Closure)的简称.对闭包的具体定义有很多种说法,这些说法大体可以分为两类: 一种说法认为闭包是符合一定条件的函数,比如参考资源中这样定义闭包:闭包是在其词法上下文中引用了自由变量的函数. 另一种说法认为闭包是由函数和与其相关的引用环境组合而成的实体.比如参考资源中就有这样的的定义:在实现深约束时,需要创建一个能显式表示引用环境的东西,并将它与相关的子程序捆绑在一起,这样捆绑起来

  • Python闭包实现计数器的方法

    本文实例讲述了Python闭包实现计数器的方法.分享给大家供大家参考.具体实现方法如下: 先来看看专业的解释:闭包(Closure)是词法闭包(Lexical Closure)的简称,是引用了自由变量的函数.这个被引用的自由变量将和这个函数一同存在,即使已经离开了创造它的环境也不例外.所以,有另一种说法认为闭包是由函数和与其相关的引用环境组合而成的实体. 代码如下: #!/usr/bin/env python #coding=utf-8 def generate_counter(): CNT =

  • Python闭包的两个注意事项(推荐)

    什么是闭包? 简单说,闭包就是根据不同的配置信息得到不同的结果. 再来看看专业的解释:闭包(Closure)是词法闭包(Lexical Closure)的简称,是引用了自由变量的函数.这个被引用的自由变量将和这个函数一同存在,即使已经离开了创造它的环境也不例外.所以,有另一种说法认为闭包是由函数和与其相关的引用环境组合而成的实体. 延迟绑定 Python闭包函数所引用的外部自由变量是延迟绑定的. Python In [2]: def multipliers(): ...: return [lam

  • Python中用函数作为返回值和实现闭包的教程

    函数作为返回值 高阶函数除了可以接受函数作为参数外,还可以把函数作为结果值返回. 我们来实现一个可变参数的求和.通常情况下,求和的函数是这样定义的: def calc_sum(*args): ax = 0 for n in args: ax = ax + n return ax 但是,如果不需要立刻求和,而是在后面的代码中,根据需要再计算怎么办?可以不返回求和的结果,而是返回求和的函数! def lazy_sum(*args): def sum(): ax = 0 for n in args:

  • Python进阶学习修改闭包内使用的外部变量

    Python进阶学习修改闭包内使用的外部变量

    目录 修改闭包内使用的外部变量 错误示例: 小结 闭包与闭包中修改外部变量 修改外部函数的变量 修改闭包内使用的外部变量 错误示例: # 定义一个外部函数 def func_out(num1): # 定义一个内部函数 def func_inner(num2): # 这里本意想要修改外部num1的值,实际上是在内部函数定义了一个局部变量num1 num1 = 10 # 内部函数使用了外部函数的变量(num1) result = num1 + num2 print("结果是:", resu

  • Python深入学习之闭包

    闭包(closure)是函数式编程的重要的语法结构.函数式编程是一种编程范式 (而面向过程编程和面向对象编程也都是编程范式).在面向过程编程中,我们见到过函数(function):在面向对象编程中,我们见过对象(object).函数和对象的根本目的是以某种逻辑方式组织代码,并提高代码的可重复使用性(reusability).闭包也是一种组织代码的结构,它同样提高了代码的可重复使用性. 不同的语言实现闭包的方式不同.Python以函数对象为基础,为闭包这一语法结构提供支持的 (我们在特殊方法与多范

  • 13个最常用的Python深度学习库介绍

    如果你对深度学习和卷积神经网络感兴趣,但是并不知道从哪里开始,也不知道使用哪种库,那么这里就为你提供了许多帮助. 在这篇文章里,我详细解读了9个我最喜欢的Python深度学习库. 这个名单并不详尽,它只是我在计算机视觉的职业生涯中使用并在某个时间段发现特别有用的一个库的列表. 这其中的一些库我比别人用的多很多,尤其是Keras.mxnet和sklearn-theano. 其他的一些我是间接的使用,比如Theano和TensorFlow(库包括Keras.deepy和Blocks等). 另外的我只

  • Python 爬虫学习笔记之单线程爬虫

    Python 爬虫学习笔记之单线程爬虫

    介绍 本篇文章主要介绍如何爬取麦子学院的课程信息(本爬虫仍是单线程爬虫),在开始介绍之前,先来看看结果示意图 怎么样,是不是已经跃跃欲试了?首先让我们打开麦子学院的网址,然后找到麦子学院的全部课程信息,像下面这样 这个时候进行翻页,观看网址的变化,首先,第一页的网址是 http://www.maiziedu.com/course/list/, 第二页变成了 http://www.maiziedu.com/course/list/all-all/0-2/, 第三页变成了 http://www.ma

  • python 正则表达式学习小结

    在Python中实现正则的方式是通过re(regular expression的缩写)模块来实现的,你可以调用re模块的各种方法来实现不同的功能,下面我们就来说下,在Python中通过re模块可以调用那些方法,以及这些方法的作用都是什么:还有就是正则的实例以及各种特殊符号的含义: 1.re.sub和replace: sub的全拼是substitute,也就是替换的意思:既然知道是替换了,那就很容易用到实例中了,其实replace也是替换的意思,只不过它们的用法不太相同,下面用一个例子来详细说明下

  • python算法学习之计数排序实例

    python算法学习之计数排序实例 复制代码 代码如下: # -*- coding: utf-8 -*- def _counting_sort(A, B, k):    """计数排序,伪码如下:    COUNTING-SORT(A, B, k)    1  for i ← 0 to k // 初始化存储区的值    2    do C[i] ← 0    3  for j ← 1 to length[A] // 为各值计数    4    do C[A[j]] ← C[A

  • Python 基础教程之闭包的使用方法

    Python 基础教程之闭包的使用方法 前言: 闭包(closure)是函数式编程的重要的语法结构.函数式编程是一种编程范式 (而面向过程编程和面向对象编程也都是编程范式).在面向过程编程中,我们见到过函数(function):在面向对象编程中,我们见过对象(object).函数和对象的根本目的是以某种逻辑方式组织代码,并提高代码的可重复使用性(reusability).闭包也是一种组织代码的结构,它同样提高了代码的可重复使用性. 不同的语言实现闭包的方式不同.Python以函数对象为基础,为闭

  • 轻松学习Javascript闭包函数

    闭包函数是什么?在开始学习的闭包的时候,大家很能都比较难理解.就从他的官方解释来说,都是比较概念化的. 不过我们也还是从闭包的含义出发. 闭包是指函数有自由独立的变量.换句话说,定义在闭包中的函数可以"记忆"它创建时候的环境. 官方解释说完后,我们先来看一个简单计数的例子. var c = 0; function count(){ c++; } count();// 1 count();// 2 这个例子是利用了全局变量来实现,但是这里有个问题是,c这个变量也容易被其他方式所调用,这时

  • 详解 Python中LEGB和闭包及装饰器

    详解 Python中LEGB和闭包及装饰器 LEGB L>E>G?B L:local函数内部作用域 E:enclosing函数内部与内嵌函数之间 G:global全局作用域 B:build-in内置作用域 python 闭包 1.Closure:内部函数中对enclosing作用域变量的引用 2.函数实质与属性 函数是一个对象 函数执行完成后内部变量回收 函数属性 函数返回值 passline = 60 def func(val): if val >= passline: print (

  • Python进阶学习之特殊方法实例详析

    前言 最近在学习python,学习到了一个之前没接触过的--特殊方法. 什么是特殊方法?当我们在设计一个类的时候,python中有一个用于初始化的方法$__init__$,类似于java中的构造器,这个就是特殊方法,也叫作魔术方法.简单来说,特殊方法可以给你设计的类加上一些神奇的特性,比如可以进行python原生的切片操作,迭代.连乘操作等.在python中,特殊方法以双下划线开始,以双下划线结束. 一个大例子 数学中有一个表示数的概念叫做向量,但是python中的数据类型却没有.我们来设法用p

随机推荐