python之嵌套函数与闭包

函数基础

关于函数基础，可以查看我的另一篇博客：http://yunjianfei.iteye.com/blog/2186064

与本文相关的，有两个重要概念：变量作用域（scope）与生命周期（lifetime）

如果对于这两个概念有所疑惑，可以先去了解一下。

 

嵌套函数

python是允许创建嵌套函数的，也就是说我们可以在函数内部定义一个函数，这些函数都遵循各自的作用域和生命周期规则。

 

#!/usr/bin/env python

def outer():
    x = 1
    def inner():
        print x # 1
    inner() # 2

outer()

 输出结果：

 

1

 这个例子比普通的函数定义看起来复杂了一点，实际上都是很合理的。

 

1. #1的地方，python寻找名为x的local变量，在inner作用域内的locals中寻找不到，python就在外层作用域中寻找，其外层是outer函数。x是定义在outer作用域范围内的local变量。

2.  #2的地方，调用了inner函数。这里需要特别注意：inner也只是一个变量名，是遵循python的变量查找规则的（Python先在outer函数的作用域中寻找名为inner的local变量）

 

函数在python中是first-class对象

上面这句话看着有点抽象，简单点来说，在python中所有的东西都是对象，函数也是对象，看下面的代码：

 

#!/usr/bin/env python

a = 1
print a.__class__
print issubclass(a.__class__, object) # all objects in Python inherit from a common baseclass

def foo():
    pass

print foo.__class__ # 1
print issubclass(foo.__class__, object)

 输出结果：

<type 'int'>
True
<type 'function'>
True

 可以看到foo和变量a一样，都是顶级父类object的子类。a是一个int变量，foo是一个函数。

 

所以，函数没有什么特殊的，它和python里的其他东西一样，都属于对象，其父类是object。这意味着，

1. 函数和其他变量是一样，变量是可以传递和修改值的，函数也可以作为变量

2. 函数也可以作为函数的参数或者函数的返回值。

如下的例子：

 

#!/usr/bin/env python

def add(x, y): 
    return x + y 
def sub(x, y): 
    return x - y 
def apply(func, x, y): # 1 
    return func(x, y) # 2 

print apply(add, 2, 1) # 3

print apply(sub, 2, 1)

 执行结果

 

3
1

 这个例子中，add和sub就是两个普通的函数对象。#1中，func这个参数用来接收函数变量（和其他参数接收变量一样）。在#2处，用来执行func参数传递进来的函数。在#3处，我们把add函数作为参数传递给apply，在apply中执行，并返回结果。

 

再看一个例子：

 

#!/usr/bin/env python

def outer():
    def inner():
        print "Inside inner"
    return inner # 1

foo = outer() #2

print foo
foo()

 输出结果：

 

<function inner at 0xda38140>
Inside inner

 1. 在#1处， 我们返回了inner变量（这个变量是函数标签）。

      注意：这里并没有去调用inner，调用的话是inner（）

2. 在#2处，我们将outer函数返回的结果赋值给foo变量，foo返回的是inner函数的标签（注意输出结果），       概念类似c语言中的函数指针

3. 最后执行foo的时候，实际上执行的是inner。

 

以上的例子充分说明，函数完全可以看做是变量，可以把它赋值给其他变量，且有变量作用域、变量生存周期等。

 

闭包（Closures）

再来看一个例子：

 

#!/usr/bin/env python

def outer():
    x = 1
    def inner():
        print x # 1
    return inner
foo = outer()
print foo.func_closure #2 doctest: +ELLIPSIS

foo()

 输出结果：

 

(<cell at 0x189da2f0: int object at 0x188b9d08>,)

1

 

在这个例子中，我们可以看到inner函数作为返回值被outer返回，然后存储在foo变量中，我们可以通过foo()来调用它。但是真的可以跑起来吗？让我们来关注一下作用域规则。

 

python里运行的东西，都按照作用域规则来运行。

1. x是outer函数里的local变量

2. 在#1处，inner打印x时，python在inner的locals中寻找x，找不到后再到外层作用域（即outer函数）中寻      找，找到后打印。

 

看起来一切OK，那么从变量生命周期（lifetime）的角度看，会发生什么呢：

1. x是outer的local变量，这意味着只有outer运行时，x才存在。那么按照python运行的模式，我们不能在         outer结束后再去调用inner。

2. 在我们调用inner的时候，x应该已经不存在了。应该发生一个运行时错误或者其他错误。

但是这一些都没有发生，inner函数依旧正常执行，打印了x。

 

Python支持一种特性叫做函数闭包（function closures）：在非全局（global）作用域中定义inner函数（即嵌套函数）时，会记录下它的嵌套函数namespaces（嵌套函数作用域的locals），可以称作：定义时状态，可以通过func_closure 这个属性来获得inner函数的外层嵌套函数的namespaces。(如上例中#2，打印了func_closure ，里面保存了一个int对象，这个int对象就是x)

 

注意：每次调用outer函数时，inner函数都是新定义的。上面的例子中，x是固定的，所以每次调用inner函数的结果都一样。

 

下面我们看一个不同的例子：

 

#!/usr/bin/env python

def outer(x):
    def inner():
        print x # 1
    return inner
print1 = outer(1)
print2 = outer(2)
print print1.func_closure
print1()
print print2.func_closure
print2()

 输出结果：

 

(<cell at 0x147d3328: int object at 0x146b2d08>,)
1
(<cell at 0x147d3360: int object at 0x146b2cf0>,)
2

 在这个例子中，我们能看到闭包实际上是记录了外层嵌套函数作用域中的local变量。通过这个例子，我们可以创建多个自定义函数。

 

思维扩展一下，上面这个例子，很容易让人想到面向对象编程：

1. outer是inner的构造器

2.x是inner的一个私有变量

 

这里主要是帮助读者理解闭包的概念，

 

下面附上几个链接，帮助更好的理解：

http://ynniv.com/blog/2007/08/closures-in-python.html

http://www.shutupandship.com/2012/01/python-closures-explained.html