Python 中的闭包与装饰器的详解

闭包(closure)是函数式编程的重要的语法结构。闭包也是一种组织代码的结构，它同样提高了代码的可重复使用性。

如果在一个内嵌函数里，对在外部函数内（但不是在全局作用域）的变量进行引用，那么内嵌函数就被认为是闭包(closure)。

定义在外部函数内但由内部函数引用或者使用的变量称为自由变量。

总结一下,创建一个闭包必须满足以下几点:

1. 必须有一个内嵌函数
2. 内嵌函数必须引用外部函数中的变量
3. 外部函数的返回值必须是内嵌函数
###1.闭包使用示例

先看一个闭包的例子：

    In [10]: def func(name):
        ...:     def in_func(age):
        ...:         print 'name:',name,'age:',age
        ...:     return in_func
        ...:
   
    In [11]: demo = func('feiyu')
   
    In [12]: demo(19)
    name: feiyu age: 19
这里当调用 func 的时候就产生了一个闭包——in_func,并且该闭包持有自由变量——name，因此这也意味着，当函数func的生命周期结束之后，name这个变量依然存在，因为它被闭包引用了，所以不会被回收。

在 python 的函数内，可以直接引用外部变量，但不能改写外部变量，因此如果在闭包中直接改写父函数的变量，就会发生错误。看以下示例：

实现一个计数闭包的例子：

    def counter(start=0):
        count = [start]
        def incr():
            count[0] += 1
            return count
        return incr
    
    a = counter()
    print 'a:',a
 
    In [32]: def counter(start=0):
        ...:     count = start
        ...:     def incr():
        ...:         count += 1
        ...:         return count
        ...:     return incr
        ...:
   
    In [33]: a = counter()
   
    In [35]: a()  #此处会报错
   
    UnboundLocalError: local variable 'count' referenced before assignment
应该像下面这样使用：

    In [36]: def counter(start=0):
        ...:     count = [start]
        ...:     def incr():
        ...:         count[0] += 1
        ...:         return count
        ...:     return incr
        ...:
   
    In [37]: count = counter(5)
   
    In [38]: for i in range(10):
        ...:     print count(),
        ...:    
    [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15]
###2.使用闭包的陷阱

    In [1]: def create():
       ...:     return [lambda x:i*x for i in range(5)]  #推导式生成一个匿名函数的列表
       ...:
   
    In [2]: create()
    Out[2]:
    [>,
     >,
     >,
     >,
     >]
   
    In [4]: for mul in create():
       ...:     print mul(2)
       ...:    
    8
    8
    8
    8
    8
结果是不是很奇怪，这算是闭包使用中的一个陷阱吧！来看看为什么？

在上面的代码当中，函数create返回一个list里面保存了4个函数变量，这4个函数都共同的引用了循环变量i, 也就是说它们共享着同一个变量i，i是会改变的，当函数调用时，循环变量i已经是等于4了，因此4个函数返回的都是8。如果，需要在闭包使用循环变量的值的话，把循环变量作为闭包的默认参数或者是通过偏函数来实现。实现的原理也很简单，就是当把循环变量当参数传入函数时，会申请新的内存。示例代码如下：

    In [5]: def create():
       ...:         return [lambda x,i=i:i*x for i in range(5)]
       ...:
    In [7]: for mul in create():
       ...:     print mul(2)
       ...:    
    0
    2
    4
    6
    8
3，闭包与装饰器
装饰器就是一种的闭包的应用，只不过其传递的是函数：

   
    def addb(func):
        def wrapper():
            return '' + func() + ''
        return wrapper
   
    def addli(func):
        def wrapper():
            return '

' + func() + '

'
        return wrapper
   
    @addb         # 等同于 demo = addb(addli(demo))
    @addli        # 等同于 demo = addli(demo)
    def demo():
        return 'hello world'
   
    print demo()    # 执行的是 addb(addku(demo))
在执行时，首先将demo函数传递给addli进行装饰，然后将装饰后的函数传递给addb进行装饰。所以最后返回的结果是：

   

hello world

4.装饰器中的陷阱
当你写了一个装饰器作用在某个函数上,这个函数的重要的元信息比如名字、文档字符串、注解和参数签名都会丢失。

    def out_func(func):
        def wrapper():
            func()
        return wrapper
   
    @out_func
    def demo():
        """
            this is  a demo.
        """
        print 'hello world.'
   
    if __name__ == '__main__':
        demo()
        print "__name__:",demo.__name__
        print "__doc__:",demo.__doc__
看结果：

    hello world.
    __name__: wrapper
    __doc__: None
函数名字和文档字符串都变成了闭包的信息。好在可以使用 functools 库中的 @wraps 装饰器来注解底层包装函数。

    from functools import wraps
   
    def out_func(func):
        @wraps(func)
        def wrapper():
            func()
        return wrapper
自己试试结果吧！