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Python閉包技巧介紹

更新時間：2021年12月03日 10:11:05 作者：Orion's Blog

這篇文章主要介紹了Python閉包，所謂閉包就是用函數(shù)代替類，被外層函數(shù)包圍的內(nèi)層函數(shù)，它能夠獲取外層函數(shù)范圍中的變量，感興趣的小伙伴請和小編一起進(jìn)入文章學(xué)習(xí)具體內(nèi)容吧

1.閉包：用函數(shù)代替類

有時我們會定義只有一個方法（除了__init__()之外）的類，而這種類可以通過使用閉包（closure）來替代。閉包是被外層函數(shù)包圍的內(nèi)層函數(shù)，它能夠獲取外層函數(shù)范圍中的變量（即使外層函數(shù)已執(zhí)行完畢）。因此閉包可以保存額外的變量環(huán)境，用于在函數(shù)調(diào)用時使用。考慮下面這個例子，這個類允許用戶通過某種模板方案來獲取URL。

from urllib.request import urlopen
class UrlTemplate:
     def __init__(self, template) -> None:
         self.template = template
     def open(self, **kwargs):
         return urlopen(self.template.format_map(kwargs))
    
 yahoo = UrlTemplate('http://finance.yahoo.com/d/quotes.csv?s={names}&f={fields}')
 for line in yahoo.open(names='IBM,AAPL,FB', fields = 'sllclv'):
     print(line.decode('utf-8'))

這個類可以用一個簡單的函數(shù)來替代：

def urltempalte(template):
    # 后面用對象再次調(diào)用函數(shù)的時候傳入kwargs
    def opener(**kwargs):
        return urlopen(template.format_map(kwargs))
    return opener

yahoo = urltempalte('http://finance.yahoo.com/d/quotes.csv?s={names}&f={fields}')
for line in yahoo(names='IBM,AAPL,FB', fields = 'sllclv'):
    print(line.decode('utf-8'))

在許多情況下，我們會使用只有單個方法的類的原因是需要保存額外的狀態(tài)給類方法使用。我們上面提到的UrlTemplate類的唯一目的就是將template的值保存在某處，然后在open()方法中使用它。而使用閉包來解決該問題會更加簡短和優(yōu)雅，我們使用opener()函數(shù)記住參數(shù)template的值，然后再隨后的調(diào)用中使用該值。
所以大家在編寫代碼中需要附加額外的狀態(tài)給函數(shù)時，一定要考慮使用閉包。

2.訪問定義在閉包的內(nèi)的變量

我們知道閉包內(nèi)層可以用來存儲函數(shù)需要用到的變量環(huán)境。接下來，我們可以通過函數(shù)來擴(kuò)展閉包，使得在閉包內(nèi)層定義的變量可以被訪問和修改。
一般來說，閉包內(nèi)層定義的變量對外界來說是完全隔離的，如果想要訪問和修改它們，需要編寫存取函數(shù)(accessor function, 即getter/setter方法),并將它們做為函數(shù)屬性附加到閉包上來提供對內(nèi)層變量的訪問支持：

def sample():
    n = 0
    # 閉包函數(shù)
    def func():
        print("n =", n)
    
    # 存取函數(shù)(accessor function)，即getter/setter方法
    def get_n():
        return n

    def set_n(value):
        # 必須要加nolocal才能修改內(nèi)層變量
        nonlocal n
        n = value

    # 做為函數(shù)屬性附加
    func.get_n = get_n
    func.set_n = set_n
    return func

該算法測試運(yùn)行結(jié)果如下：

f = sample()
f() # n = 0
f.set_n(10)
f() # n = 10
print(f.get_n()) # 10

可以看到，get_n()和set_n()工作起來很像實(shí)例的方法。注意一定要將get_n()和set_n()做為函數(shù)屬性附加上去，否則在調(diào)用set_n()和get_n()就會報錯：'function' object has no attribute 'set_n'。
如果我們希望讓閉包完全模擬成類實(shí)例，我們需要架構(gòu)內(nèi)層函數(shù)拷貝到一個實(shí)例的字典中然后將它返回。

示例如下：

import sys
class ClosureInstance:
    def __init__(self, locals=None) -> None:
        if locals is None:
            locals = sys._getframe(1).f_locals 
            
        # Update instance dictionary with callables
        self.__dict__.update(
            (key, value) for key, value in locals.items() if callable(value)
        )

    # Redirect special methods
    def __len__(self):
        return self.__dict__['__len__']()
    
# Example use
def Stack():
    items = []

    def push(item):
        items.append(item)
    
    def pop():
        return items.pop()
    
    def __len__():
        return len(items)
    
    return ClosureInstance()

下面展示了對應(yīng)的測試結(jié)果：

s = Stack()
print(s) # <__main__.ClosureInstance object at 0x101efc280>
s.push(10)
s.push(20)
s.push('Hello')
print(len(s)) # 3
print(s.pop()) # Hello
print(s.pop()) # 20
print(s.pop()) # 10

用閉包模型類的功能比傳統(tǒng)的類實(shí)現(xiàn)方法要快一些。比如我們用下面這個類做為測試對比。

class Stack2:
    def __init__(self) -> None:
        self.items = []
    
    def push(self, item):
        self.items.append(item)

    def pop(self):
        return self.items.pop()
    
    def __len__(self):
        return len(self.items)

下面是我們的測試結(jié)果：

from timeit import timeit
s = Stack()
print(timeit('s.push(1);s.pop()', 'from __main__ import s'))
# 0.98746542
s = Stack2()
print(timeit('s.push(1);s.pop()', 'from __main__ import s'))
# 1.07070521

可以看到采用閉包的版本要快大約8%。因?yàn)閷τ趯?shí)例而言，測試話費(fèi)的大部分時間都在對實(shí)例變量的訪問上，而閉包要更快一些，因?yàn)椴挥蒙婕邦~外的self變量。
不過這種奇技淫巧在代碼中還是要謹(jǐn)慎使用，因?yàn)橄啾纫粋€真正的類，這種方法其實(shí)是相當(dāng)怪異的。像繼承、屬性、描述符或者類方法這樣的特性在這種方法都是無法使用的。而且我們還需要一些花招才能讓特殊方法正常工作（比如我們上面ClosureInstance中對__len__()的實(shí)現(xiàn)）。不過，這仍然是一個非常有學(xué)術(shù)價值的例子，它告訴我們對閉包內(nèi)部提供訪問機(jī)制能夠?qū)崿F(xiàn)怎樣的功能。

到此這篇關(guān)于Python閉包技巧介紹的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python閉包內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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