深入理解闭包与装饰器

原创

Heaven645

发布于 2024-08-14 21:36:39

830

发布于 2024-08-14 21:36:39

文章被收录于专栏：Python学习

一、闭包

①定义

闭包是指一个函数（内层函数）能够“记住”并访问它所在作用域的变量（外层函数的变量），即使在外层函数已经返回的情况下。

②优缺点

优点：

无需定义全局变量即可实现通过函数持续地访问、修改某个值
闭包使用的变量的所用于在函数内，难以被错误的调用修改

缺点：

内部函数会持续引用外部函数的值，导致这一部分内存无法释放，一直占用内存

③基本写法

def outer_function(outer_var):  
    def inner_function(inner_var):  
        函数体
    return inner_function

outer_function：外部函数名称，负责接收一个参数并定义一个内部函数
outer_var：传递给 outer_function 的一个参数。
inner_function：在 outer_function 内部定义的函数
inner_var：传递给 inner_function 的参数

整体作用：

当调用outer_function时，它会返回一个新的函数inner_function，这个新的函数“记住”了outer_var的值，inner_function可以使用这个值与传入的inner_var进行操作。

④nonlocal关键字

在闭包函数（内部函数中）想要修改外部函数的变量值时，需要用nonlocal关键字声明这个外部变量。

def outer(num1):
    def inner(num2):
        # 声明要使用外部函数 outer 的 num1
        nonlocal num1
        num1=+num2
        print(num1)
    return inner
fn=outer(10)
fn(10)
fn(10)
fn(10)

输出结果：
20
30
40

【分析】

调用 fn(10) 时，实际上是调用了 inner 函数。num1 的初始值为 10，每次调用 fn(10) 时，都会把 10 加到 num1 上，并输出更新后的值。由于 num1 是通过 nonlocal 声明的，所以每次调用都能“记住”并修改 num1 的值。

【案例】

使用全局变量account_amount记录余额的简单ATM操作：

# 通过全局变量account_amount记录余额
account_amount=0
def atm(num, deposit=True):
    global account_amount
    if deposit:
        account_amount += num
        print(f"存款：+{num}， 账户余额：{account_amount}")
    else:
        account_amount -= num
        print(f"取款：-{num}， 账户余额：{account_amount}")

atm(100)
atm(200)
atm(100, deposit=False)

运行结果：
存款：+100，账户余额：100
存款：+200，账户余额：300
取款：-100，账户余额：200

【分析】

该实现简单明了，但存在全局变量带来的命名空间污染问题，容易出现变量被修改的隐患。

【改进】

通过闭包来管理ATM账户状态：

# 使用闭包实现ATM小案例
def account_create(initial_amount=0):

    def atm(num, deposit=True):
        nonlocal initial_amount
        if deposit:
            initial_amount += num
            print(f"存款：+{num}， 账户余额：{initial_amount}")
        else:
            initial_amount -= num
            print(f"取款：-{num}， 账户余额：{initial_amount}")

    return atm

atm = account_create()

atm(100)
atm(200)
atm(100, deposit=False)

运行结果：
存款：+100，账户余额：100
存款：+200，账户余额：300
取款：-100，账户余额：200

【分析】

通过使用闭包，这段代码实现了一个简单而有效的账户系统，封装了账户余额的管理，确保了数据的安全性和操作的简便性。

二、装饰器

①定义

装饰器是一个函数，它接受另一个函数作为参数，并返回一个新的函数。这个新的函数通常会在原函数的基础上添加一些额外的功能。

本质上，装饰器也是闭包，它可在不改变目标函数的基础上，为其增加额外功能，可以看作是在函数“外面”包裹了一层新的逻辑。

②写法

写法一：闭包

定义一个闭包函数，在闭包函数内部执行目标函数并完成功能的添加。

# 定义装饰器
def outer(func):
    def inner():
        print("我睡觉了")
        func()
        print("我起床了")
    return inner
    
# 被装饰的函数
def sleep():
    import random
    import time
    print("睡眠中……")
    time.sleep(random.randint(1,5))
    
# 应用装饰器
fn=outer(sleep)
# 调用增强后的函数
fn() # 调用 fn() 实际上是调用 inner 函数

输出结果：
我睡觉了
睡眠中……
我起床了

【分析】

通过使用闭包，装饰器的使用使得sleep函数的行为在不修改其内部实现的情况下得到了扩展，添加了额外的行为。

写法二：语法糖

使用“@”语法糖简化装饰器的定义：

# 定义装饰器
def outer(func):
    def inner():
        print("我睡觉了")
        func()
        print("我起床了")

    return inner
    
# 使用装饰器的语法糖
@outer
def sleep():
    import random
    import time
    print("睡眠中……")
    time.sleep(random.randint(1,5))

# 调用装饰后的函数
sleep()