來(lái)源：麥?zhǔn)寰幊?

作者：麥?zhǔn)?

本文以內(nèi)部函數(shù)為主線，深入講解內(nèi)部函數(shù)和閉包的應(yīng)用場(chǎng)景和原理，學(xué)會(huì)后你的Python水平會(huì)再上一個(gè)臺(tái)階，對(duì)工作面試或?qū)崙?zhàn)應(yīng)用都會(huì)很有幫助。

本文包括：

1. 函數(shù)是一等公民
2. 內(nèi)部函數(shù)定義
3. 閉包和nonlocal關(guān)鍵詞
4. 應(yīng)用場(chǎng)景 - 封裝
5. 應(yīng)用場(chǎng)景 - 函數(shù)生成器
6. 函應(yīng)用場(chǎng)景 - 裝飾器
7. 閉包實(shí)現(xiàn)原理

閱讀到最后可以獲得本文PDF資料和源代碼下載，建議收藏。

一、函數(shù)是一等公民

Python是面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，對(duì)象是Python的一等公民，我們常用的字符串str，整數(shù)int，和其他變量都是對(duì)象。

函數(shù)也是對(duì)象，所以也是一等公民，這就意味著它和變量一樣

1. 可以作為參數(shù)被傳遞
2. 可以在函數(shù)內(nèi)部定義
3. 可以作為函數(shù)返回值
4. 函數(shù)可以賦值給變量

def say_hello():  print('hello')

print(say_hello) def say_something(some_func):  for _ in range(3):
 some_func()

say_something(say_hello)

執(zhí)行結(jié)果：

 say_hello at 0x7ff3d35b9160>
hello
hello
hello 

二、內(nèi)部函數(shù)

把函數(shù)的內(nèi)部定義函數(shù)，就是內(nèi)部函數(shù)（有點(diǎn)像廢話，但就那么個(gè)意思）。

def outter():     print('我是外部函數(shù)')
    def inner():         print('我是outter的內(nèi)部函數(shù)')
    print('調(diào)用內(nèi)部函數(shù)')
    inner()
    print('我再次調(diào)用內(nèi)部函數(shù)，自己家的想用就用，隨時(shí)用')
    inner()
    print('還可以返回給大家共用')
    return inner  #調(diào)用外部函數(shù)，并接受返回值 func = outter() #調(diào)用outter返回的內(nèi)部函數(shù)

print('在外部調(diào)用內(nèi)部函數(shù)')
func()

注意： 調(diào)用的時(shí)候加小括號(hào)inner()，作為參數(shù)或者返回值的時(shí)候不加小括號(hào)inner，是引用這個(gè)函數(shù)對(duì)象。

執(zhí)行結(jié)果：

我是外部函數(shù)
調(diào)用內(nèi)部函數(shù)
我是outter的內(nèi)部函數(shù)
我再次調(diào)用內(nèi)部函數(shù)，自己家的想用就用，隨時(shí)用
我是outter的內(nèi)部函數(shù)
還可以返回給大家共用
在外部調(diào)用內(nèi)部函數(shù)
我是outter的內(nèi)部函數(shù)

三、閉包

如果內(nèi)部函數(shù)只是把函數(shù)定義在函數(shù)的內(nèi)部，那就沒(méi)有多大意思了，它還有一個(gè)很大的特點(diǎn)，正因?yàn)檫@個(gè)特點(diǎn)，它才被稱為閉包c(diǎn)lsure。

學(xué)過(guò)JavaScript的非小白同學(xué)可能會(huì)對(duì)這個(gè)概念很熟悉。

內(nèi)部函數(shù)還有一個(gè)很重要的特性：

1. 可以訪問(wèn)它所屬的外部函數(shù)的局部變量，這些變量被稱為nonlocal，或者enclosing變量
2. 可以攜帶這些nonlocal變量，讓它們不會(huì)被回收

所以說(shuō)Python中的閉包就是內(nèi)部函數(shù)，準(zhǔn)確點(diǎn)是使用了nonlocal變量的內(nèi)部函數(shù)。

import random def create_room():     room_no = random.randint(1, 100) 
    print(f'我創(chuàng)建了房間號(hào)：{room_no}')

    def toilet():         print(f'我是{room_no}的內(nèi)部廁所')
    print('上廁所')
    toilet()
    print('我再次上廁所，自己家的想用就用，隨時(shí)用')
    toilet()
    print('還可以共享給大家共用')
    return toilet #調(diào)用外部函數(shù)，并接受返回值 toilet = create_room() #調(diào)用outter返回的內(nèi)部函數(shù)

print('在外部使用內(nèi)部廁所')

toilet()

print('在外部再次使用內(nèi)部廁所')
toilet()

運(yùn)行結(jié)果：

我創(chuàng)建了房間號(hào)：52
上廁所
我是52的內(nèi)部廁所
我再次上廁所，自己家的想用就用，隨時(shí)用
我是52的內(nèi)部廁所
還可以共享給大家共用
在外部使用內(nèi)部廁所
我是52的內(nèi)部廁所
在外部再次使用內(nèi)部廁所
我是52的內(nèi)部廁所

• 在調(diào)用一個(gè)create_room的時(shí)候臨時(shí)生成了房間號(hào)，一個(gè)局部變量room_no。
• 在內(nèi)部函數(shù)toilet中可以直接訪問(wèn)外部函數(shù)的局部變量，這是內(nèi)部函數(shù)的特性。
• 局部變量room_no本來(lái)在函數(shù)執(zhí)行完就釋放的，但由于內(nèi)部函數(shù)toilet引用了它就不會(huì)被釋放了，在外部調(diào)用的時(shí)候仍然可以引用到。這就形成了閉包。

說(shuō)的這么玄乎，其實(shí)就是內(nèi)部函數(shù)使用了外部函數(shù)的局部變量，所以局部變量被內(nèi)部函數(shù)給封存了，也就不會(huì)釋放了。

四、nonlocal關(guān)鍵詞

內(nèi)部函數(shù)也可以改寫外部函數(shù)的變量值，但需要使用nonlocal關(guān)鍵詞聲明這是外部的變量。

回憶一下：函數(shù)內(nèi)部修改全局變量，需要使用global關(guān)鍵詞。

import random def create_room():     room_no = random.randint(1, 100)
    print(f'我創(chuàng)建了房間號(hào)：{room_no}')

    def toilet():         nonlocal room_no
        room_no = random.randint(1, 100)
        print(f'我是{room_no}的內(nèi)部廁所')
    
    print('上廁所')
    toilet()
    print(f'房間號(hào)：{room_no}')
    print('我再次上廁所，自己家的想用就用，隨時(shí)用')
    toilet()
    print(f'房間號(hào)：{room_no}')
    print('還可以共享給大家共用')
    return toilet #調(diào)用外部函數(shù)，并接受返回值 toilet = create_room() #調(diào)用outter返回的內(nèi)部函數(shù)

 print('在外部使用內(nèi)部廁所')
toilet()

print('在外部再次使用內(nèi)部廁所')
toilet()

使用nonlocal在內(nèi)部函數(shù)改變外部變量room_no的值，所以每次上廁所，都會(huì)改變房間號(hào)（很神奇的房間）：

我創(chuàng)建了房間號(hào)：39
上廁所
我是43的內(nèi)部廁所
房間號(hào)：43
我再次上廁所，自己家的想用就用，隨時(shí)用
我是66的內(nèi)部廁所
房間號(hào)：66
還可以共享給大家共用
在外部使用內(nèi)部廁所
我是52的內(nèi)部廁所
在外部再次使用內(nèi)部廁所
我是29的內(nèi)部廁所

其實(shí)內(nèi)部函數(shù)就這么點(diǎn)東西了（后面再說(shuō)它的實(shí)現(xiàn)原理），現(xiàn)在來(lái)看到底有什么實(shí)實(shí)在在的用處。

下面來(lái)說(shuō)3個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景：

五、應(yīng)用場(chǎng)景 - 封裝

寫在內(nèi)部是因?yàn)橹挥性趦?nèi)部才有用，外部根本不需要，也不想讓他們使用，就像上面的內(nèi)部廁所的例子，實(shí)際上是不可能在外面使用的。這種場(chǎng)景叫做封裝。

import random def create_room():     room_no = random.randint(1, 100)
    print(f'我創(chuàng)建了房間號(hào)：{room_no}')

    def toilet():         print(f'歡迎進(jìn)入{room_no}的VIP廁所')
        print('沖水')
        print('請(qǐng)君入廁')
        print('洗手')
        print('熱毛巾')
        print('歡迎下次光臨')

    print('上廁所')
    toilet()
    print('上廁所')
    toilet()
    print('上廁所')
    toilet() #調(diào)用外部函數(shù)，并接受返回值 create_room()

• 上廁所是create_room所獨(dú)有的配方，不希望外面使用
• 上廁所的過(guò)程獨(dú)有配方是比較復(fù)雜的，有必要封裝到函數(shù)內(nèi)，否則每次上廁所都要重復(fù)這些代碼

再總結(jié)一下：

1. 封裝一方面不希望對(duì)外暴露函數(shù)
2. 也為了方便內(nèi)部的重用

六、應(yīng)用場(chǎng)景 - 函數(shù)生成器

內(nèi)部函數(shù)可以方便的生成新的函數(shù)，看這個(gè)例子：

def team_maker(type, level, temperature):     '''
    type: 品種，如綠茶，紅茶
    level: 等級(jí)，特級(jí)，一級(jí)，二級(jí)
    temper: 溫度
    '''     def tea(water):         print('正在沏茶中')
        print(f'{type},{level}, {temperature}')
        print(f'{water}毫升給您沖好了')
    return tea #創(chuàng)建符合我口味的沏茶函數(shù) mytea = team_maker('綠茶', '特級(jí)', '66.6')

 #創(chuàng)建符合她口味的沏茶函數(shù) herteam = team_maker('紅茶', '一級(jí)', '88.8')

print('我們來(lái)一杯')
mytea(500)
herteam(300)
print('多喝點(diǎn)')
mytea(800)
herteam(600)
print('完了，我喝醉了...，因?yàn)橛兴?)

• 沏茶需要傳入多個(gè)參數(shù)，有點(diǎn)麻煩，而每個(gè)人的口味相對(duì)比較固定
• 我們用內(nèi)部函數(shù)創(chuàng)建了一個(gè)符合我口味的沏茶函數(shù)，以后調(diào)用這個(gè)函數(shù)就行了。我也給她創(chuàng)建了一個(gè)符合她口味的沏茶函數(shù)。

運(yùn)行結(jié)果：

我們來(lái)一杯 正在沏茶中 綠茶,特級(jí), 66.6 500毫升給您沖好了 正在沏茶中 紅茶,一級(jí), 

88.8 300毫升給您沖好了 多喝點(diǎn) 正在沏茶中 綠茶,特級(jí), 

66.6 800毫升給您沖好了 正在沏茶中 紅茶,一級(jí), 88.8 600毫升給您沖好了 完了，我喝醉了... 

七、應(yīng)用場(chǎng)景 - 裝飾器

裝飾器對(duì)Python至關(guān)重要。這也是內(nèi)部函數(shù)的主要使用場(chǎng)景。

寫到這里忽然有點(diǎn)累了，我想起來(lái)我有兩篇還不錯(cuò)的裝飾器的文章，直接拿來(lái)看吧。我就不重復(fù)碼字了。

結(jié)合內(nèi)部函數(shù)的文章和裝飾器的文章，應(yīng)該會(huì)通透了。

這兩篇文章見(jiàn)本文底部相關(guān)閱讀前兩篇。

八、閉包實(shí)現(xiàn)原理

閉包攜帶了外部函數(shù)的變量，所以可以訪問(wèn)這些變量，而這些變量也不會(huì)被釋放。具體是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？

答案就1個(gè)字：__closure__屬性。Python給內(nèi)部函數(shù)添加了這個(gè)屬性來(lái)攜帶內(nèi)部函數(shù)用到的外部函數(shù)中的變量。

import random def create_room():     room_no = random.randint(1, 100)
    print(f'我創(chuàng)建了房間號(hào)：{room_no}')

    def toilet():         print(f'我是{room_no}的內(nèi)部廁所')
    return toilet


print('調(diào)用外部函數(shù)')
toilet = create_room()

print('打印一下toilet函數(shù)的變量，其中有一個(gè)是__closure__')
print(dir(toilet))
print('__closure__是一個(gè)包含它攜帶的變量的元組')
print(toilet.__closure__)
print('__closure__元組里是cell，通過(guò)cell_contents可以訪問(wèn)所攜帶的變量值')
print(toilet.__closure__[0].cell_contents)

執(zhí)行結(jié)果：

import random def create_room():     room_no = random.randint(1, 100)
    print(f'我創(chuàng)建了房間號(hào)：{room_no}')

    def toilet():         print(f'我是{room_no}的內(nèi)部廁所')
    return toilet
print('調(diào)用外部函數(shù)')
toilet = create_room()

print('打印一下toilet函數(shù)的變量，其中有一個(gè)是__closure__')
print(dir(toilet))
print('__closure__是一個(gè)包含它攜帶的變量的元組')
print(toilet.__closure__)
print('__closure__元組里是cell，通過(guò)cell_contents可以訪問(wèn)所攜帶的變量值')
print(toilet.__closure__[0].cell_contents)