Python中的閉包

前幾天又有人留言，關(guān)于其中一個(gè)閉包和re.sub的使用不太清楚。我在腳本之家搜索了下，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有寫(xiě)過(guò)閉包相關(guān)的東西，所以決定總結(jié)一下，完善Python的內(nèi)容。

1. 閉包的概念

首先還得從基本概念說(shuō)起，什么是閉包呢？來(lái)看下維基上的解釋:

上面提到了兩個(gè)關(guān)鍵的地方： 自由變量 和 函數(shù), 這兩個(gè)關(guān)鍵稍后再說(shuō)。還是得在贅述下“閉包”的意思，望文知意，可以形象的把它理解為一個(gè)封閉的包裹，這個(gè)包裹就是一個(gè)函數(shù)，當(dāng)然還有函數(shù)內(nèi)部對(duì)應(yīng)的邏輯，包裹里面的東西就是自由變量，自由變量可以在隨著包裹到處游蕩。當(dāng)然還得有個(gè)前提，這個(gè)包裹是被創(chuàng)建出來(lái)的。

舉個(gè)例子：

def func(name):
 def inner_func(age):
  print 'name:', name, 'age:', age
 return inner_func

bb = func('the5fire')
bb(26) # >>> name: the5fire age: 26

這里面調(diào)用func的時(shí)候就產(chǎn)生了一個(gè)閉包——inner_func,并且該閉包持有自由變量——name，因此這也意味著，當(dāng)函數(shù)func的生命周期結(jié)束之后，name這個(gè)變量依然存在，因?yàn)樗婚]包引用了，所以不會(huì)被回收。

另外再說(shuō)一點(diǎn)，閉包并不是Python中特有的概念，所有把函數(shù)做為一等公民的語(yǔ)言均有閉包的概念。不過(guò)像Java這樣以class為一等公民的語(yǔ)言中也可以使用閉包，只是它得用類或接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。

更多概念上的東西可以參考最后的參考鏈接。

2. 為什么使用閉包

基于上面的介紹，不知道讀者有沒(méi)有感覺(jué)這個(gè)東西和類有點(diǎn)相似，相似點(diǎn)在于他們都提供了對(duì)數(shù)據(jù)的封裝。不同的是閉包本身就是個(gè)方法。和類一樣，我們?cè)诰幊虝r(shí)經(jīng)常會(huì)把通用的東西抽象成類，(當(dāng)然，還有對(duì)現(xiàn)實(shí)世界——業(yè)務(wù)的建模)，以復(fù)用通用的功能。閉包也是一樣，當(dāng)我們需要函數(shù)粒度的抽象時(shí)，閉包就是一個(gè)很好的選擇。

在這點(diǎn)上閉包可以被理解為一個(gè)只讀的對(duì)象，你可以給他傳遞一個(gè)屬性，但它只能提供給你一個(gè)執(zhí)行的接口。因此在程序中我們經(jīng)常需要這樣的一個(gè)函數(shù)對(duì)象——閉包，來(lái)幫我們完成一個(gè)通用的功能，比如后面會(huì)提到的——裝飾器。

3. 使用閉包

第一種場(chǎng)景 ，在python中很重要也很常見(jiàn)的一個(gè)使用場(chǎng)景就是裝飾器，Python為裝飾器提供了一個(gè)很友好的“語(yǔ)法糖”——@，讓我們可以很方便的使用裝飾器，裝飾的原理不做過(guò)多闡述，簡(jiǎn)言之你在一個(gè)函數(shù)func上加上@decorator_func, 就相當(dāng)于decorator_func(func):

def decorator_func(func):
 def wrapper(*args, **kwargs):
  return func(*args, **kwargs)
 return wrapper

@decorator_func
def func(name):
 print 'my name is', name

# 等價(jià)于
decorator_func(func)

在裝飾器的這個(gè)例子中，閉包(wrapper)持有了外部的func這個(gè)參數(shù)，并且能夠接受外部傳過(guò)來(lái)的參數(shù)，接受過(guò)來(lái)的參數(shù)在原封不動(dòng)的傳給func，并返回執(zhí)行結(jié)果。

這是個(gè)簡(jiǎn)單的例子，稍微復(fù)雜點(diǎn)可以有多個(gè)閉包，比如經(jīng)常使用的那個(gè)LRUCache的裝飾器，裝飾器上可以接受參數(shù)@lru_cache(expire=500)這樣。實(shí)現(xiàn)起來(lái)就是兩個(gè)閉包的嵌套:

def lru_cache(expire=5):
 # 默認(rèn)5s超時(shí)
 def func_wrapper(func):
  def inner(*args, **kwargs):
   # cache 處理 bala bala bala
   return func(*args, **kwargs)
  return inner
 return func_wrapper

@lru_cache(expire=10*60)
def get(request, pk)
 # 省略具體代碼
 return response()

不太懂閉包的同學(xué)一定得能夠理解上述代碼，這是我們之前面試經(jīng)常會(huì)問(wèn)到的面試題。

第二個(gè)場(chǎng)景 ，就是基于閉包的一個(gè)特性——“惰性求值”。這個(gè)應(yīng)用比較常見(jiàn)的是在數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)的時(shí)候，比如說(shuō)：

# 偽代碼示意

class QuerySet(object):
 def __init__(self, sql):
  self.sql = sql
  self.db = Mysql.connect().corsor() # 偽代碼

 def __call__(self):
  return db.execute(self.sql)

def query(sql):
 return QuerySet(sql)

result = query("select name from user_app")
if time > now:
 print result # 這時(shí)才執(zhí)行數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)

上面這個(gè)不太恰當(dāng)?shù)睦诱故玖送ㄟ^(guò)閉包完成惰性求值的功能，但是上面query返回的結(jié)果并不是函數(shù)，而是具有函數(shù)功能的類。有興趣的可以去看看Django的queryset的實(shí)現(xiàn)，原理類似。

第三種場(chǎng)景 ， 需要對(duì)某個(gè)函數(shù)的參數(shù)提前賦值的情況，當(dāng)然在Python中已經(jīng)有了很好的解決訪問(wèn) functools.parial,但是用閉包也能實(shí)現(xiàn)。

def partial(**outer_kwargs):
 def wrapper(func):
  def inner(*args, **kwargs):
   for k, v in outer_kwargs.items():
    kwargs[k] = v
   return func(*args, **kwargs)
  return inner
 return wrapper

@partial(age=15)
def say(name=None, age=None):
 print name, age

say(name="the5fire")
# 當(dāng)然用functools比這個(gè)簡(jiǎn)單多了
# 只需要： functools.partial(say, age=15)(name='the5fire')

看起來(lái)這又是一個(gè)牽強(qiáng)的例子，不過(guò)也算是實(shí)踐了閉包的應(yīng)用。

最后總結(jié)下，閉包這東西理解起來(lái)還是很容易的，在Python中的應(yīng)用也很廣泛，這篇文章算是對(duì)閉包的一個(gè)總結(jié)，有任何疑問(wèn)歡迎留言交流。

4. 參考資料

維基百科-閉包

http://stackoverflow.com/questions/4020419/closures-in-python

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

http://stackoverflow.com/questions/141642/what-limitations-have-closures-in-python-compared-to-language-x-closures

http://mrevelle.blogspot.com/2006/10/closure-on-closures.html

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