Python中閉包用法示例

一、什麼是閉包

Python中的閉包，指的是一個內部函數可以訪問到任何外部函數中定義過的變量和參數。在Python中，函數是一等公民，即函數可以作為其他函數的參數或返回值。閉包是一種特殊的函數，它可以在函數內部保存一些局部狀態，使得它可以在函數調用之間保持狀態信息。

一個簡單的閉包示例：

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

在上述代碼中，inner函數可以訪問到outer函數的參數a，並且能夠在函數調用之間保持a的狀態信息。outer函數返回了內部函數inner的引用，因此可以將inner保存到一個變量中，在需要的時候再次調用inner函數。

二、使用閉包實現數據封裝

閉包可以用來實現數據封裝，可以將一些數據和處理規則封裝在函數內部，避免變量被直接修改。這樣可以減少代碼耦合度，提高代碼的可重用性和可維護性。

一個使用閉包實現數據封裝的示例：

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

在上述代碼中，average函數返回了內部函數inner的引用。每次調用inner函數時，將num添加到nums列表中，並計算平均值。由於nums列表是在average函數內部定義的，因此外部無法直接訪問和修改該列表。

三、使用閉包實現緩存

Python中的裝飾器可以用來實現緩存功能，將函數的輸入和輸出映射關係緩存起來，以便下次調用時直接返回結果。使用閉包也可以實現這種功能。

一個使用閉包實現緩存的示例：

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

在上述代碼中，使用了一個裝飾器cache來實現緩存功能。inner函數將輸入和輸出的映射關係保存在字典memo中，並且在下次調用時直接返回保存的結果。由於memo字典是在cache函數內部定義的，因此外部無法直接訪問和修改該字典。

四、使用閉包實現裝飾器

裝飾器是Python中的一個重要特性，可以用來修改或增強函數的行為。使用閉包也可以實現裝飾器的功能。

一個使用閉包實現裝飾器的示例：

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()

在上述代碼中，my_decorator函數返回內部函數wrapper的引用，並且將需要裝飾的函數func作為參數傳入my_decorator函數中。在調用say_hello函數時，實際上是調用了my_decorator函數返回的wrapper函數。在wrapper函數中，可以增加額外的操作，比如打印一些信息。wrapper函數調用完func函數後還可以執行一些其他操作，比如再次打印一些信息。

五、使用閉包實現計數器

閉包還可以用來實現計數器，可以將計數器的狀態信息保存在閉包中，實現計數器在函數調用之間保持狀態的功能。

一個使用閉包實現計數器的示例：

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

在上述代碼中，counter函數返回了內部函數inner的引用。每次調用inner函數時，將count加1，並返回加1後的結果。由於count變量是在counter函數內部定義的，因此外部無法直接訪問和修改該變量。

六、小結

閉包是一種特殊的函數，它可以在函數內部保存一些局部狀態，使得它可以在函數調用之間保持狀態信息。使用閉包可以實現數據封裝、緩存、裝飾器、計數器等功能，可以提高代碼的可重用性和可維護性。