Python中不同类型的闭包及其应用

什么是闭包

在计算机科学中，闭包是一种函数和其相关引用环境的组合，通过闭包可以让函数访问其被定义时的作用域。简单来说，闭包是一种可以访问其他函数内部变量的函数。

def outer_function(x):
   def inner_function(y):
       return x + y
   return inner_function
result = outer_function(5)
print(result(3))

在这个例子中，`outer_function()`嵌套定义了`inner_function()`，`inner_function`中访问了`outer_function`的参数`x`，并将其与传递给自己的参数`y`相加。调用`outer_function(5)`返回`inner_function`，然后将其分配给变量`result`。现在调用`result(3)`，它返回`5 + 3`，即`8`，因为`inner_function`访问了`outer_function`的变量。

非局部变量

在闭包中，访问其他函数变量的方式不仅限于函数参数，还可以使用Python的“非局部”变量。

def outer_function(x):
   def inner_function(y):
       nonlocal x
       x += 1
       return x + y
   return inner_function
result = outer_function(5)
print(result(3))

在这个例子中，`nonlocal x`声明了`x`是外部函数（即`outer_function`）的变量，并在`inner_function`中更新`x`的值。调用`result(3)`将返回`6 + 3 = 9`，因为`x`的值已经在`inner_function`中改变。

通过闭包缓存值

闭包经常被用来实现简单的缓存，其中闭包“记住”了函数的输入和输出，而不是每次重新计算函数。

def fibonacci():
    cache = {}
    def fibonacci_recursive(n):
        if n in cache:
            return cache[n]
        elif n == 0:
            result = 0
        elif n == 1:
            result = 1
        else:
            result = fibonacci_recursive(n-1) + fibonacci_recursive(n-2)
        cache[n] = result
        return result
    return fibonacci_recursive
fib = fibonacci()
print(fib(6))

在这个例子中，`fibonacci()`函数返回`fibonacci_recursive()`闭包，能够计算斐波那契数列。`cache`字典用来存储之前计算过的结果，如果输入已经在`cache`中则无需重新计算，直接返回之前的结果。调用`fib(6)`时，它使用存储在缓存中的结果计算斐波那契数列的第6项，返回`8`。

使用闭包实现修饰器

闭包也可以用于实现修饰器，修饰器的作用是可以在不改变原函数代码的情况下，给函数增加额外的功能。

def debug(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print("函数正在执行：", func.__name__)
        return func(*args, **kwargs)
    return wrapper
@debug
def add(num1, num2):
    return num1 + num2
print(add(3, 5))

在这段代码中，`debug`函数是一个装饰器工厂函数，它定义了一个带有内部函数`wrapper`的闭包， `wrapper`接受任意参数并且调用它的宿主函数，同时在宿主函数执行前输出一条信息。使用`@debug`语法来修饰`add`函数，此时`add`函数已经成为被`debug`装饰过的函数，并且调用`add(3,5)`时，将输出以下内容:

函数正在执行： add
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