根據Python常見面試題來談談 Python 閉包

這里根據我們平常見到的一些Python常見面試題來跟大家說一下關于Python閉包的相關問題！

題目：

1.什么是閉包？閉包的定義？

2.手寫一個簡單的閉包

3.變量作用域規則與 nonlocal 關鍵字？

4.閉包的應用

答案要點：

1.首先，我們要了解變量作用域

# 示例一
def test1(a):
 print(a)
 print(b) # 當函數執行到這一步時會報錯。
 # NameError: global name 'b' is not defined
test1(1) 
# 示例二
b = 6
def test2(a):
 print(a)
 print(b) 
test2(1) # 1 6
# 示例三
b = 6
def test3(a):
 print(a)
 print(b) # 當函數執行到這一步仍然會報錯
 # UnboundLocalError: local variable 'b' referenced before assignment
 b = 9 # 比示例二多了一行賦值
test3(1)

學過其他語言，比如 Java ，對示例三的結果會比較驚訝，在 Java 中類似的情況，不會報錯，會引用外部的全局變量，而如果在內部重新賦值后，再次使用則會用局部變量的值。而在 Python 中情況則不一樣，它在編譯函數時，發現對 b 有賦值的操作，它判定 b 是一個局部變量，所以在打印 b 時，它會去查詢局部變量b，發現并沒有賦值，所以會拋出異常。

引用《流暢的Python》中對此的解釋：

這不是缺陷，而是設計選擇：Python 不要求聲明變量，但是假定在函數定義體中賦值的變量是局部變量。這比 JavaScript 的行為要好多了，JavaScript 也不要求聲明變量，但是如果忘記把變量聲明為局部變量(使用var)，可能會在不知情的情況下獲取全局部變量。

上段話第一次看可能會有點不明白，其實簡單來說，Python 就是這樣設計的，它認為在函數體中，如果對變量有賦值操作，則證明這個變量是一個局部變量，并且它只會從局部變量中去讀取數據。這樣設計可以避免我們在不知道的情況下，獲取到全局變量的值，從而導致一些錯誤數據的出現。

至于解決方法，就是使用 global 關鍵字，來說明我們使用的是 全局變量 。示例如下：

b = 6
def test4(a):
 print(a)
 global b # 1
 print(b) # 6
 b = 9 
 print(b) # 9 
test4(1)

2.閉包的定義： 簡單來說，閉包的概念就是當我們在函數內定義一個函數時，這個內部函數使用了外部函數的臨時變量，且外部函數的返回值是內部函數的引用時，我們稱之為閉包。有點繞

代碼如下：

# 一個簡單的實現計算平均值的代碼
 
def get_avg():
 scores = [] # 外部臨時變量
 
 def inner_count_avg(val): # 內部函數，用于計算平均值
 scores.append(val) # 使用外部函數的臨時變量
 return sum(scores) / len(scores) # 返回計算出的平均值
 
 return inner_count_avg # 外部函數返回內部函數引用
 
avg = get_avg()
print(avg(10)) # 10
print(avg(11)) # 10.5
...

3.nonlocal 關鍵字 。上面的代碼，有一個小缺陷，有很多重復的計算，當我們傳入一個新的值想要得到新的平均值時，其他前一次的總和是可以通過外部臨時變量存儲的。于是我們很自然的想到下面的代碼：

# 一個簡單的實現計算平均值的代碼改進版一
def get_avg():
 scores = 0 # 將外部臨時變量由 list 改為一個 整型數值
 count = 0 # 同時新增一個變量，記錄個數
 def inner_count_avg(val): # 內部函數，用于計算平均值
 scores += val # 使用外部函數的臨時變量
 count += 1
 return scores / count # 返回計算出的平均值
 return inner_count_avg # 外部函數返回內部函數引用
avg = get_avg()
print(avg(10)) # 報錯
...

這里報錯的原因，請看第 1 點：變量的作用規則。因為 scores += val ，其實就是 scores = scores + val，有了賦值操作，則認為 scores 是局部變量了。而我們也沒辦法使用 global 關鍵字，因為此時 scores 和 count 是定義在 get_ave 函數內的，它們倆也是一個局部變量。而為什么我們使用 list 時，沒有出現這個問題呢？也是很好理解的，因為我們使用的是 list.append() 方法，它沒有賦值操作。你可以簡單認為，可變對象(即我們可以通過調用自身一些方法去做增刪改操作且變量地址值不變)不存在此問題，而不可變對象則會有。

在 Python 3 中引入了一個關鍵詞 nonlocal 解決了這一個問題：

# 一個簡單的實現計算平均值的代碼改進版二
def get_avg():
 scores = 0 # 將外部臨時變量由 list 改為一個 整型數值
 count = 0 # 同時新增一個變量，記錄個數
 def inner_count_avg(val): # 內部函數，用于計算平均值
 nonlocal count, scores
 scores += val # 使用外部函數的臨時變量
 count += 1
 return scores / count # 返回計算出的平均值
 return inner_count_avg # 外部函數返回內部函數引用
avg = get_avg()
print(avg(10)) # 報錯

你也許會說，那在 Python 2 的環境下應該怎么解決呢？emm~其實呢 也是有辦法的，思路就是將不可變對象變為可變對象即可。具體代碼如下：

# -*- coding:utf-8 -*-
class Score:
 pass
def get_avg():
 s = Score() # 使用類對象
 s.scores = 0.0 # 注意 Python 2 中整數除法是舍棄小數的，所以要定義為浮點數
 s.count = 0
 def inner_get_avg(val):
 s.count += 1
 s.scores += val
 return s.scores / s.count
 return inner_get_avg
avg = get_avg()
print(avg(10)) # 10.0
print(avg(11)) # 10.5

4.閉包的應用：首先是裝飾器，裝飾器就是通過修改被裝飾函數，來達到增加新功能的作用。當我們在內部函數去修改被裝飾函數時，大部分情況都會使用到閉包。簡單示例：

def decorator(func): # 外部函數的局部變量 func
 def wrapper(*args, **kwargs): # 接受被包裝函數傳入過來的參數
 return func(*args, **kwargs) # 使用外部函數的局部變量 func
 return wrapper
@decorator
def basic_func(name):
 print 'my name is', name
# 等價于
decorator_func(func)

另外一個應用由之前求平均值的示例也可以看出來，可以在重復計算時提高效率。其次還有一個比較重要的應用場景，就是利用“惰性求值”這一特性，這一點在 Django 的 QuerySet 里有體現。當我們利用 ORM 去做 SQL 查詢時，很多時候會根據不同的判斷條件，去加 filter，加 filter 的時候并沒有真正做查詢，在最終獲取結果的時候才真正執行了查詢。

這里也是根據我們平常見到的一些Python常見面試題來跟大家講的Python閉包，有補充的伙伴非常歡迎留言補充哈！也希望大家能夠互相學習，取長補短，進步呀！