浅谈Python中的作用域规则和闭包

在对Python中的闭包进行简单分析之前，我们先了解一下Python中的作用域规则。关于Python中作用域的详细知识，有很多的博文都进行了介绍。这里我们先从一个简单的例子入手。

Python中的作用域

假设在交互式命令行中定义如下的函数：

>>> a = 1>>> def foo(): b = 2 c = 3 print "locals: %s" % locals() return "result: %d" % (a + b +c)>>> a = 1>>> def foo(): b = 2 c = 3 print "locals: %s" % locals() return "result: %d" % (a + b +c)

上述代码先给a赋值1，紧接着定义了一个函数：foo()。在函数foo()中我们定义了两个整数b和c，函数的返回值为a、b、c三个数的和。

对上述函数进行验证：

# result>>> foo()locals: {'c': 3, 'b': 2}result: 6# result>>> foo()locals: {'c': 3, 'b': 2}result: 6

根据验证的结果，foo()函数的返回值为6。上述的函数定义中只有b和c两个变量的赋值，那调用函数是如何判断a的值呢？这涉及到函数的作用域规则。本文摘录《Python参考手册（第4版）》中的相关论述：

每次执行一个函数时， 就会创建心得局部命名空间。该命名空间代表一个局部环境，其中包含函数参数的名称和在函数体内赋值的变量名称。解析这些名称时：

解释器将首先搜索局部命名空间；

如果没有找到匹配的名称，它就会搜索全局命名空间（函数的全局命名空间始终是定义该函数的模块）；

如果解释器在全局命名空间中也找不到匹配值，最终会检查内置命名空间；

如果在内置命名空间中也找不到匹配值，就会引发NameError异常。

对应于上面的例子，foo函数首先会在局部命名空间中找三个变量的匹配值。上述代码中的locals()方法给出了foo函数局部命名空间的内容。可以看出，局部命名空间是一个字典，包含b和c的值，这是因为我们在foo函数中定义了这两个变量。然而，局部命名空间中不包含a的值，所以就需要在全局命名空间中寻找。可以使用__globals__获取一个函数的局部命名空间。

# foo函数的全局命名空间>>> foo.__globals__{'a': 1, '__builtins__': , '__package__': None, '__name__': '__main__', 'foo': , '__doc__': None}# foo函数的全局命名空间>>> foo.__globals__{'a': 1, '__builtins__': , '__package__': None, '__name__': '__main__', 'foo': , '__doc__': None}

foo函数的全局命名空间中包含了内置函数模块、foo函数、变量a以及其他的一些参数。由于在foo函数的全局命名空间中找到了变量a，foo函数便返回三个变量的和。

Python闭包

上述的Python作用域规则具有普遍性。然而，在Python中“一切皆对象”，函数也不例外。这也就是说可以把函数当作参数传递给其他的函数，也可以放在数据结构中，还可以作为函数的返回结果。在这种情况下，Python的作用域规则会发生什么变化呢？我们还是举一个例子：

>>> def foo(): a = 1 def bar(): b = 2 c = 3 return a + b + c return bar>>> def foo(): a = 1 def bar(): b = 2 c = 3 return a + b + c return bar

在这个例子中，我们定义了一个函数foo，并对变量a赋值。不过与之前的例子不同的是，在函数foo中我们还嵌套了一个函数bar，并且还定义了两个变量，这个函数是作为函数foo的返回值。根据上面的作用域规则，函数foo的局部作用域既不是函数bar的局部作用域，也不是它的全局作用域，那函数bar能否正确匹配变量a的值呢？我们我们来验证一下这个函数是否能够正常运行。

# 调用函数foo()>>> bar = foo()# 返回值bar是一个函数>>> bar# 调用bar()>>> bar()# 结果显示为三个变量之和6

以上的验证结果说明，在上述嵌套的函数中，内部函数可以正确地引用外部函数的变量，即使外部的函数已经返回。

这种内部函数的局部作用域中可以访问外部函数局部作用域中变量的行为，我们称为： 闭包。内部函数可以访问外部函数变量的特点很像将外部函数的变量直接“打包”到内部函数中一样，我们也可以这样理解闭包：将组成函数的语句以及执行这些语句的环境“打包”在一起时得到的对象称为闭包。

和闭包相关的几个对象