专栏首页Vamei实验室Python深入04 闭包

Python深入04 闭包

作者:Vamei 出处:http://www.cnblogs.com/vamei 欢迎转载,也请保留这段声明。谢谢!

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。

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:

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。

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?

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:

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:

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

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

相关文章

  • 协议森林07 傀儡 (UDP协议)

    作者:Vamei 出处:http://www.cnblogs.com/vamei 严禁任何形式转载。 我们已经讲解了物理层、连接层和网络层。最开始的连接层协议种...

    Vamei
  • 纸上谈兵: 哈希表 (hash table)

    HASH 哈希表(hash table)是从一个集合A到另一个集合B的映射(mapping)。映射是一种对应关系,而且集合A的某个元素只能对应集合B中的一个元素...

    Vamei
  • Java基础01 从HelloWorld到面向对象

    Java是完全面向对象的语言。Java通过虚拟机的运行机制,实现“跨平台”的理念。我在这里想要呈现一个适合初学者的教程,希望对大家有用。 "Hello Worl...

    Vamei
  • Mysql 大数据量导入程序

    网络上转载许多都有错误,请注意代码的规范和正确性。 经测试以下代码是正确无错的,转载请保留版权,尊重程序作者!

    一见
  • Github 项目推荐 | 农业知识图谱(KG):农业领域的信息检索,命名实体识别

    https://github.com/qq547276542/Agriculture_KnowledgeGraph

    AI研习社
  • deepin使用

    下载官方镜像,使用官方镜像软件或者使用rufus,以dd的方式刻录,分区,主要分/,以及efi,其他分区可自定义,如 home ,opt,和交换分区,设置时区,...

    caoayu
  • Ubuntu 17.10 安装折腾记录

    Ubuntu 17.10 发布已经有一段时间了, 终于下定决心全新安装, 安装系统容易, 下载 iso 直接安装即可, 安装之后要配置自己习惯的桌面环境确需要不...

    beginor
  • 干货 | MSSQL 注入攻击与防御

    本文所用数据库涉及SQL Server 2k5,2k8,2k12,其次对于绕过姿势和前文并无太大差别,就不做过多的讲解,主要放在后面的提权上

    HACK学习
  • 使用腾讯云配置小程序Python开发环境

    之所以选腾讯云的原因很简单,那就是便宜,选用成都区,最低配置每月只需29¥。在 腾讯云 官网注册登录就可以直接购买服务器了。服务器系统我选择的是 ubuntu。

    goodspeed
  • 只需150美元!手把手教你DIY一个射电望远镜,清晰观测银河系

    上个月,根据CNN的报道,美国凌日系外行星巡天卫星捕捉到黑洞撕碎恒星的罕见太空景象。天文学家称,这种“宇宙大屠杀”每1万至10万年才发生一次,观测非常困难。

    大数据文摘

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券