Python中的閉包與裝飾器是什么

這篇文章將為大家詳細講解有關Python中的閉包與裝飾器是什么，小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

函數的裝飾器可以以某種方式增強函數的功能，如在 Flask 中可使用 @app.route('/') 為視圖函數添加路由，是一種十分強大的功能。在表現形式上，函數裝飾器為一種嵌套函數，這其中會涉及到閉包的概念。而在嵌套函數之間，外部函數中的變量相對于內部函數而言為自由變量，使用時可能需要借助于 nonlocal 關鍵字進行聲明。

nonlocal 聲明

按變量的作用域進行分類，Python 中的變量可分為「全局變量」、「局部變量」以及「自由變量」。一般而言，Python 中使用變量前不需要聲明變量，但假定在函數體中賦值的變量為局部變量～除非顯示使用 global 將在函數中賦值的變量聲明為全局變量！

而自由變量則是存在于嵌套函數中的一個概念～定義在其他函數內部的函數被稱之為嵌套函數 nested function ，嵌套函數可以訪問封閉范圍內（外部函數）的變量。嵌套函數不可以在函數外直接訪問。

在 Python 中，非本地變量默認僅可讀取，在修改時必須顯式指出其為非本地變量～自由變量 nonlocal，全局變量 global。

>>> ga = 1
>>> def func():
...     nb = 2
...     def inner():
...         ga += 1
...         nb += 2
...         print('ga is %s, and nb is %s' % (ga, nb))
...     return inner
...
>>> test = func()
Traceback (most recent call last):
...
UnboundLocalError: local variable 'ga' referenced before assignment

未加入全局變量和自由變量聲明時且使用賦值操作時，inner 函數的變量 ga, nb 默認為局部變量，會報錯；如注釋掉 ga += 1 后同樣會報錯：

Traceback (most recent call last):
...
UnboundLocalError: local variable 'nb' referenced before assignment

可行改寫如下：

>>> ga = 1
>>> def func():
...     nb = 2
...     def inner():
...         global ga
...         nonlocal nb
...         ga += 1
...         nb += 2
...         print('ga is %s, and nb is %s' % (ga, nb))
...     return inner
...
>>> test = func()
>>> test()
ga is 2, and nb is 4
>>> test()
ga is 3, and nb is 6

通過顯示聲明 ga, nb 分別為「全局變量」和「自由變量」，此時如預期運行！

閉包

函數內的函數以及其自由變量形成閉包。也即閉包是一種保留定義函數時存在的自由變量的綁定的函數～這樣在調用函數時，綁定的自由變量依舊可用。

閉包可以避免全局變量的使用以及提供某種形式的數據隱藏。當函數中的變量和函數較少且其中某個功能常用時，使用閉包來進行封裝。當變量和函數更加復雜時，則使用類來實現。

# 計算移動平均值的函數
def make_averager():
    series = []

    def averager(new_value):
        series.append(new_value)
        total = sum(series)
        return total/len(series)

    return averager

那么此時，make_averager() 函數的第二行 series = [] 到第七行 return total/len(series) 為閉包，變量 series 為 averager() 函數中的自由變量！

# avg 為一個 averager 函數對象 ~ 含自由變量的綁定
>>> avg = make_averager()
>>> avg(10)
10.0
>>> avg(11)
10.5
>>> avg(12)
11
# 創建另一個 averager 函數對象
>>> avg2 = make_averager()
>>> avg2(1)
1.0
>>> avg2(18)
9.5
# 查看 avg, avg2 自由變量中保存的值
>>> avg.__closure__[0].cell_contents
[10, 11, 12]
>>> avg2.__closure__[0].cell_contents
[1, 18]

函數對象通過 __closure__ 屬性 —— 返回 cell 對象元祖（函數中有多少嵌套函數則該元祖的長度有多長），生成該對象的函數被稱之為閉包函數。

func.__closure__[0].cell_contents: 訪問存儲在 cell 對象中值。

裝飾器

裝飾器本身是一個可調用的對象～函數或類，其參數為另一個函數（被裝飾的函數）。裝飾器可能會處理被裝飾的函數（如添加一些功能）然后將之返回，或者將之替換為另一個函數或可調用對象。這也被稱之為元編程 metaprogramming —— 在編譯時改變函數功能。

>>> def make_pretty(func):
...     def inner():
...         print("I got decorated!", end='\t')
...         func()
...     return inner
...
>>> def ordinary():
...     print("I am ordinary!")

# 用 make_pretty 函數裝飾 ordinary 函數
>>> pretty = make_pretty(ordinary)
>>> pretty()
I got decorated!  I am ordinary!

可以作為裝飾器的函數內部都有嵌套的功能函數（用以實現主要功能），并返回內部的嵌套函數。

@make_pretty
def ordinary():
    print("I am ordinary!")

# 等價于
def ordinary():
    print("I am ordinary!")
ordianry = make_pretty(ordinary)

make_pretty(func) 是一個最簡單的裝飾器，它接受一個函數為其參數；內部定義了一個 inner() 函數～輸出 "I got decorated!" 后執行被裝飾函數（此時 func 為 inner 閉包中的自由變量）；然后返回內部函數 inner。

此時，對于被裝飾的函數 ordinary 而言，此時是 inner 的引用：

>>> ordinary()
I got decorated!  I am ordinary!
>>> ordinary
<function make_pretty.<locals>.inner at 0x10aeaa1e0>

除了最簡單的裝飾器之外，還可以將多個裝飾器疊放使用

疊放裝飾器

def star(func):
    def inner(*args, **kwargs):
        print('*' * 30)
        func(*args, **kwargs)
        print('*' * 30)
    return inner

def dollar(func):
    def inner(*args, **kwargs):
        print('$' * 30)
        func(*args, **kwargs)
        print('$' * 30)
    return inner

@star
@doller
def printer(msg):
    print(msg)

printer("Hello world!")

# 結果如下
'''
******************************
$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
Hello world!
$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$
******************************
'''

# 等價于
def printer(msg):
    print(msg)
printer = star(dollar(printer))

關于Python中的閉包與裝飾器是什么就分享到這里了，希望以上內容可以對大家有一定的幫助，可以學到更多知識。如果覺得文章不錯，可以把它分享出去讓更多的人看到。