Python中闭包用法示例

一、什么是闭包

Python中的闭包，指的是一个内部函数可以访问到任何外部函数中定义过的变量和参数。在Python中，函数是一等公民，即函数可以作为其他函数的参数或返回值。闭包是一种特殊的函数，它可以在函数内部保存一些局部状态，使得它可以在函数调用之间保持状态信息。

一个简单的闭包示例：

def outer(a):
    def inner(b):
        return a + b
    return inner

add3 = outer(3)
add5 = outer(5)

print(add3(4))  # 7
print(add5(4))  # 9

在上述代码中，inner函数可以访问到outer函数的参数a，并且能够在函数调用之间保持a的状态信息。outer函数返回了内部函数inner的引用，因此可以将inner保存到一个变量中，在需要的时候再次调用inner函数。

二、使用闭包实现数据封装

闭包可以用来实现数据封装，可以将一些数据和处理规则封装在函数内部，避免变量被直接修改。这样可以减少代码耦合度，提高代码的可重用性和可维护性。

一个使用闭包实现数据封装的示例：

def average():
    nums = []
    def inner(num):
        nums.append(num)
        return sum(nums) / len(nums)
    return inner

avg = average()
print(avg(10))  # 10.0
print(avg(20))  # 15.0
print(avg(30))  # 20.0

在上述代码中，average函数返回了内部函数inner的引用。每次调用inner函数时，将num添加到nums列表中，并计算平均值。由于nums列表是在average函数内部定义的，因此外部无法直接访问和修改该列表。

三、使用闭包实现缓存

Python中的装饰器可以用来实现缓存功能，将函数的输入和输出映射关系缓存起来，以便下次调用时直接返回结果。使用闭包也可以实现这种功能。

一个使用闭包实现缓存的示例：

def cache(func):
    memo = {}
    def inner(*args):
        if args in memo:
            return memo[args]
        else:
            memo[args] = func(*args)
            return memo[args]
    return inner

@cache
def fib(n):
    if n in (0, 1):
        return n
    else:
        return fib(n-1) + fib(n-2)

print(fib(10))  # 55

在上述代码中，使用了一个装饰器cache来实现缓存功能。inner函数将输入和输出的映射关系保存在字典memo中，并且在下次调用时直接返回保存的结果。由于memo字典是在cache函数内部定义的，因此外部无法直接访问和修改该字典。

四、使用闭包实现装饰器

装饰器是Python中的一个重要特性，可以用来修改或增强函数的行为。使用闭包也可以实现装饰器的功能。

一个使用闭包实现装饰器的示例：

def my_decorator(func):
    def wrapper():
        print("Before function call")
        func()
        print("After function call")
    return wrapper

@my_decorator
def say_hello():
    print("Hello")

say_hello()

在上述代码中，my_decorator函数返回内部函数wrapper的引用，并且将需要装饰的函数func作为参数传入my_decorator函数中。在调用say_hello函数时，实际上是调用了my_decorator函数返回的wrapper函数。在wrapper函数中，可以增加额外的操作，比如打印一些信息。wrapper函数调用完func函数后还可以执行一些其他操作，比如再次打印一些信息。

五、使用闭包实现计数器

闭包还可以用来实现计数器，可以将计数器的状态信息保存在闭包中，实现计数器在函数调用之间保持状态的功能。

一个使用闭包实现计数器的示例：

def counter():
    count = 0
    def inner():
        nonlocal count
        count += 1
        return count
    return inner

cnt = counter()
print(cnt())  # 1
print(cnt())  # 2
print(cnt())  # 3

在上述代码中，counter函数返回了内部函数inner的引用。每次调用inner函数时，将count加1，并返回加1后的结果。由于count变量是在counter函数内部定义的，因此外部无法直接访问和修改该变量。

六、小结

闭包是一种特殊的函数，它可以在函数内部保存一些局部状态，使得它可以在函数调用之间保持状态信息。使用闭包可以实现数据封装、缓存、装饰器、计数器等功能，可以提高代码的可重用性和可维护性。

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