Python閉包

一、什麼是Python閉包

Python閉包是一個函數，它返回一個函數對象，並且可以訪問外部函數的變量。通俗點說，閉包就是在一個函數中定義另一個函數，並且內部的函數可以獲取外部函數的局部變量和參數，即使外部函數已經執行完畢。

具體來說，當一個函數嵌套在另一個函數中，並且內部函數引用外部函數的變量時，就形成了一個閉包。外部函數返回內部函數，內部函數可以訪問外部函數的變量，這個內部函數就是閉包。

def outer(x):
    def inner(y):
        return x + y
    return inner
    
closure = outer(5)
print(closure(3))  # 輸出8

在這個例子中，outer函數返回inner函數，inner函數可以訪問outer函數的變量x，並且在調用closure時，傳遞了參數3，所以最終輸出了8。

二、 Python閉包的作用

Python閉包有以下幾個作用：

1. 保護數據

閉包可以保護外部函數的變量，使得外部函數的變量不會受到外界的干擾。

def outer():
    num = 0
    def inner():
        nonlocal num   # 使用非局部變量，讓內部函數訪問外部函數的變量
        num += 1
        return num
    return inner
    
closure = outer()
print(closure())   # 輸出1
print(closure())   # 輸出2

在這個例子中，內部函數對外部函數的變量進行了修改，但是這個變量不會被其他外界的變量干擾。使用nonlocal關鍵字，讓內部函數訪問外部函數的變量。

2. 延遲計算

閉包可以實現延遲計算，即只有在調用內部函數時才會進行計算。

def outer(x, y):
    def inner():
        return x + y
    return inner
    
closure = outer(2, 3)
print(closure())   # 輸出5

在這個例子中，返回的閉包函數在調用時才會計算x + y，實現了延遲計算。

3. 實現裝飾器

Python裝飾器就是閉包的一個經典應用，它可以通過定義一個裝飾器函數，來對其他函數進行擴展。

def my_decorator(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print("Before calling the function.")
        result = func(*args, **kwargs)
        print("After calling the function.")
        return result
    return wrapper

@my_decorator
def my_function():
    print("Hello World!")

my_function()

在這個例子中，定義了一個裝飾器函數my_decorator，這個裝飾器函數接收一個函數作為參數，返回一個閉包函數wrapper，這個閉包函數在執行前後分別輸出了Before calling the function.和After calling the function.。使用@my_decorator來裝飾my_function，相當於把my_function作為參數傳遞給my_decorator函數，最終得到的就是一個新的my_function函數，並且在調用my_function時，會先調用wrapper函數。

三、Python閉包的注意事項

在使用Python閉包時，需要注意以下幾個事項：

1. 避免使用可變對象作為外部函數的變量

在閉包中操作外部函數的變量時，如果使用了可變對象，可能會出現意料之外的結果。

def outer():
    nums = [1, 2, 3]
    def inner():
        nums.pop()
        return nums
    return inner
    
closure = outer()
print(closure())   # 輸出[1, 2]
print(closure())   # 輸出[1]
print(closure())   # 輸出[]

在這個例子中，num是一個列表，每次調用inner函數時，都會修改這個列表，並且返回修改後的結果。但是由於列表是一個可變對象，所以每次調用inner函數時，返回的列表都是一樣的，因為它們都是指向同一個列表。所以在使用閉包時，避免使用可變對象作為外部函數的變量。

2. 調用內部函數時，不需要傳遞參數

在調用閉包時，內部函數不需要傳遞參數，因為它已經獲取了外部函數的變量。

def outer(x):
    def inner(y):
        return x + y
    return inner

closure = outer(5)
print(closure(3))   # 輸出8
print(closure())    # 報錯

在這個例子中，因為內部函數已經獲取了外部函數的變量x，所以在調用closure時，只需要傳遞y這個參數。如果只調用inner()，不傳遞參數，就會報錯。

3. 使用nonlocal關鍵字訪問外部函數的變量

在內部函數中，如果想要設置外部函數的變量，必須使用nonlocal關鍵字來聲明這個變量。

def outer():
    count = 0
    def inner():
        nonlocal count    # 使用nonlocal關鍵字，讓內部函數訪問外部的count變量
        count += 1
        return count
    return inner

closure = outer()
print(closure())   # 輸出1
print(closure())   # 輸出2

在這個例子中，內部函數inner對外部函數的變量count進行了修改，但是需要使用nonlocal關鍵字來聲明一下這個變量，讓內部函數訪問外部函數的count變量。