闭包（closure）是函数式编程的重要的语法结构，Python也支持这一特性，下面就开始介绍Python中的闭包。
首先看看闭包的概念：闭包（Closure）是词法闭包（Lexical Closure）的简称，是引用了自由变量的函数。这个被引用的自由变量将和这个函数一同存在，即使已经离开了创造它的环境也不例外。所以，闭包是由函数和与其相关的引用环境组合而成的实体。
在开始介绍闭包之前先看看Python中的namespace。
Python中的namespace
Python中通过提供 namespace 来实现重名函数/方法、变量等信息的识别，其一共有三种 namespace，分别为：
- local namespace: 作用范围为当前函数或者类方法
- global namespace: 作用范围为当前模块
- build-in namespace: 作用范围为所有模块
当函数/方法、变量等信息发生重名时，Python会按照 “local namespace -> global namespace -> build-in namespace”的顺序搜索用户所需元素，并且以第一个找到此元素的 namespace 为准。
同时，Python中的内建函数locals()和globals()可以用来查看不同namespace中定义的元素。
看一个例子：
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s = "string in global" num = 99 def numFunc(a, b): num = 100 print "print s in numFunc: ", s def addFunc(a, b): s = "string in addFunc" print "print s in addFunc: ", s print "print num in addFunc: ", num print "locals of addFunc: ", locals() print return "%d + %d = %d" %(a, b, a + b) print "locals of numFunc: ", locals() print return addFunc(a, b) numFunc(3, 6) print "globals: ", globals() |
上面代码的结果为：
代码中通过locals()和globals()获取了不同namespace中定义的元素，当在”numFunc”函数中访问s变量的时候，由于local namespace中没有定义s，所以会找到global中的s；但是，由于”addFunc”的local namespace中有s，所以可以直接使用。
Python创建闭包
下面通过一个例子一步一步分析一下Python如何实现闭包。
一个闭包的例子
下面看一个闭包的简单的例子，例子中定义了一个可以配置打招呼的函数”greeting_conf”，在这个函数中，内嵌了一个”greeting”的内嵌函数：
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def greeting_conf(prefix): def greeting(name): print prefix, name return greeting mGreeting = greeting_conf("Good Morning") mGreeting("Wilber") mGreeting("Will") print aGreeting = greeting_conf("Good Afternoon") aGreeting("Wilber") aGreeting("Will") |
代码的结果为：
上面的代码有下面几个注意点：
- “greeting”函数访问了non-local的变量”prefix”，根据前面namespace的介绍，这点是完全合法的
- 变量”prefix”并没有随着函数的退出而销毁，反而是生命周期得到了延长
下面看看为什么变量”prefix”生命周期得到了延长？
__closure__属性
在Python中，函数对象有一个__closure__属性，我们可以通过这个属性看看闭包的一些细节。
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def greeting_conf(prefix): def greeting(name): print prefix, name return greeting mGreeting = greeting_conf("Good Morning") print dir(mGreeting) print mGreeting.__closure__ print type(mGreeting.__closure__[0]) print mGreeting.__closure__[0].cell_contents |
通过__closure__属性看到，它对应了一个tuple，tuple的内部包含了cell类型的对象。
对于这个例子，可以得到cell的值（内容）为”Good Morning”，也就是变量”prefix”的值。
从这里可以看到闭包的原理，当内嵌函数引用了包含它的函数（enclosing function）中的变量后，这些变量会被保存在enclosing function的__closure__属性中，成为enclosing function本身的一部分；也就是说，这些变量的生命周期会和enclosing function一样。
闭包和函数
闭包只是在表现形式上跟函数类似，但实际上不是函数。
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def greeting_conf(prefix): def greeting(name): print prefix, name return greeting mGreeting = greeting_conf("Good Morning") print "function name is:", mGreeting.__name__ print "id of mGreeting is:", id(mGreeting) print aGreeting = greeting_conf("Good Afternoon") print "function name is:", aGreeting.__name__ print "id of aGreeting is:", id(aGreeting) |
从代码的结果中可以看到，闭包在运行时可以有多个实例，不同的引用环境（这里就是prefix变量）和相同的函数（这里就是greeting）组合可以产生不同的实例。
Python中怎么创建闭包
在Python中创建一个闭包可以归结为以下三点：
- 闭包函数必须有内嵌函数
- 内嵌函数需要引用该嵌套函数上一级namespace中的变量
- 闭包函数必须返回内嵌函数
通过这三点，就可以创建一个闭包，是不是想到了上一篇中介绍的Python装饰器。没错，Python装饰器就是使用了闭包。
总结
本文介绍了如何通过Python创建一个闭包，以及Python创建的闭包是如何工作的。
