什么是闭包?

我们都知道在数学中有闭包的概念,但此处我要说的闭包是计算机编程语言中的概念,它被广泛的使用于函数式编程。

关于闭包的概念,官方的定义颇为严格,也很难理解,在《Python语言及其应用》一书中关于闭包的解释我觉得比较好 — 闭包是一个可以由另一个函数动态生成的函数,并且可以改变和存储函数外创建的变量的值。乍一看,好像还是比较很难懂,下面我用一个简单的例子来解释一下:

>>> a = 1
>>> def fun():
...     print(a)
...
>>> fun()
1
>>> def fun1():
...     b = 1
...
>>> print(b)
Traceback (most recent call last):
 File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'b' is not defined

毋庸置疑,第一段程序是可以运行成功的,a = 1 定义的变量在函数里可以被调用,但是反过来,第二段程序则出现了报错。

在函数 fun() 里可以直接使用外面的 a = 1,但是在函数 fun1() 外面不能使用它里面所定义的 b = 1,如果我们根据作用域的关系来解释,是没有什么异议的,但是如果在某种特殊情况下,我们必须要在函数外面使用函数里面的变量,该怎么办呢?

我们先来看下面的例子:

>>> def fun():
...    a = 1
...    def fun1():
...            return a
...    return fun1
...
>>> f = fun()
>>> print(f())
1

如果你看过昨天的文章,你一定觉得的很眼熟,上述的本质就是我们昨天所讲的嵌套函数。

在函数 fun() 里面,有 a = 1 和 函数 fun1() ,它们两个都在函数 fun() 的环境里面,但是它们两个是互不干扰的,所以 a 相对于 fun1() 来说是自由变量,并且在函数 fun1() 中应用了这个自由变量 — 这个 fun1() 就是我们所定义的闭包。

闭包实际上就是一个函数,但是这个函数要具有 1.定义在另外一个函数里面(嵌套函数);2.引用其所在环境的自由变量。

上述例子通过闭包在 fun() 执行完毕时,a = 1依然可以在 f() 中,即 fun1() 函数中存在,并没有被收回,所以 print(f()) 才得到了结果。

当我们在某些时候需要对事务做更高层次的抽象,用闭包会相当舒服。比如我们要写一个二元一次函数,如果不使用闭包的话相信你可以轻而易举的写出来,下面让我们来用闭包的方式完成这个一元二次方程:

>>> def fun(a,b,c):
...    def para(x):
...            return a*x**2 + b*x + c
...    return para
...
>>> f = fun(1,2,3)
>>> print(f(2))
11

上面的函数中,f = fun(1,2,3) 定义了一个一元二次函数的函数对象,x^2 + 2x + 3,如果要计算 x = 2 ,该一元二次函数的值,只需要计算 f(2) 即可,这种写法是不是看起来更简洁一些。

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