开源图书《Python完全自学教程》7.3.2嵌套函数

7.3.2 嵌套函数

嵌套函数，也是函数作为对象的体现：可以作为函数返回值，即 return 语句中的对象。

>>> def out():
...     def inner():
...         print("this is inner.")
...     print("this is out.")
...     return inner
...

这里定义了两个函数：out() 和 inner() 。只不过这两个函数不是并列关系，而是函数 inner() 在函数 out() 里面，像这样的称为嵌套函数。

>>> inner()
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'inner' is not defined

函数 inner() 没有在当前位置被定义（其原因参阅7.3.3节）。

>>> out()
this is out.
<function out.<locals>.inner at 0x7fe70f9430d0>

执行了 out() 函数之后，将其内部定义的函数对象作为返回值返回到当前位置。跟其他函数返回值一样，也可以用一个变量引用返回的函数对象 inner 。

>>> f = out()
this is out.
>>> f
<function out.<locals>.inner at 0x7fe70f9431f0>
>>> f()
this is inner.

变量 f 引用了函数对象 inner ，通过 f() 就可以调用（或执行）该对象，这样被定义在函数 out() 内部的 inner() 就能在当前位置执行了。

嵌套函数除了能说明函数是对象之外，还有别的什么用途吗？

有一类函数，能够产生其他函数，我们形象地称之为“工厂函数”（factory functions）。显然，嵌套函数就是工厂函数。

#coding:utf-8
'''
filename: nestfunc.py
'''

def power_generator(num):
    def power_n(power):
        return num ** power
    return power_n

if __name__ == "__main__":
    power_two = power_generator(2)    # (4)
    power_three = power_generator(3)  # (5)
    print(power_two(8))               # (6)
    print(power_three(2))

此处定义了一个嵌套函数，函数 power_n() 实现了指数运算，但底数 num 是由外层函数 power_generator() 决定的，通过执行 power_generator() 能够得到计算指定底数的乘方运算函数，例如：

• 注释（4）生成了以 2为底的函数，即通过函数 power_two() 计算 2^n ，其中 n 是 power_two() 的参数，也就是 power_n() 的参数 power 。如 power_two(8) 计算 2^8 ；power_two(10) 计算 2^{10} 等。
• 同理，注释（5）生成了以 3 为底的函数，专门用于计算 3^n 。

当然，纯粹计算指数，别的方法也可行。

如果再深入分析这个工厂函数，还会发现“与众不同”之处。例如注释（4），形参 num 引用了整数 2 ，当该函数执行完毕，num 依然存在，体现在注释（6）的 pwoer_two(8) 中。这是因为嵌套在 power_generator() 内部的函数 power_n() 引用了 num 。用一种形象的方法描述此过程，注释（4）得到了一个包裹——函数对象 power_n ，num 是一个封闭在此包裹中的变量，不论包裹被快递送到哪里——比如注释（6），num 都会形影不离（因为被封闭在里面了）。像 num 这样的变量（即参数），称之为自由变量——随着包裹可以自由移动。像 power_n() 这样的类似于包裹的函数，称之为闭包（Closure）。

闭包这个术语是由英国计算机科学家彼得·约翰·兰丁（Peter John Landin）于1964年提出，后来因为在 Scheme 语言中的应用而广为流传。在现代编程语言中，所有将函数作为第一类对象的都可以实现闭包，Python 语言就是典型代表。其他没有将函数作为第一类对象的语言，比如 Java ，若要使用闭包，则需要通过类或者接口。