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【python基础之函数对象和闭包】 --- 函数对象与闭包

发布时间 2023-12-12 14:26:42作者: Unfool
title:  【python基础之函数对象和闭包】 --- 函数对象与闭包
date:  2023-12-11  19:20:00 
updated: 2023-12-11 19:20:00
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【一】函数对象

  • 函数对象指的是函数可以被当做 数据 来处理

  • 具体可以分为四个方面的使用

    · 函数可以被引用

    ·函数可以作为容器类型的元素

    ·函数可以作为参数传入另外一个参数

    ·函数的返回值可以是一个函数

【1】函数可以被引用

# 定义一个函数
def add(x, y):
    return x + y


# 将函数地址绑定给一个变量
func = add
# 通过这个变量找到对应的地址，从而调用函数
res = func(1, 2)
print(res) # 3

【2】函数可以作为容器类型的元素

def add(x, y):
    return x + y


dic = {'add': add, 'max': max}
print(dic)  # {'add': <function add at 0x0000020523843E20>, 'max': <built-in function max>}
res = dic['add'](1, 2)
print(res)  # 3

【3】函数可以作为参数传入另外一个参数

def add(x, y):
    return x + y


def foo(x, y, func):
    return func(x, y)


res = foo(1, 2, add)
print(res) # 3

【4】函数的返回值可以是一个函数

def add(x, y):
    return x + y


def bar():
    return add


func = bar()
print(func)  # <function add at 0x00000239EC363E20>
res = func(1, 2)
print(res)  # 3

【二】闭包函数

【1】什么是闭包

定义：闭包是指在函数内部定义的函数，并且该函数内部可以访问外部函数的变量。

  • 闭包是指包含对自由变量的函数和对这些变量的引用环境的组合。

  • 基于函数对象的概念，可以将函数返回到任意位置去调用

  • 但作用域的关系是在定义完函数时就已经被确定了的，与函数的调用位置无关。

# 定义全局变量
x_global = 1


# 定义外层函数
def outer():
    def inner():
        print(x_global)

    return inner


def func():
    x_func = 3
    # 调用f1()返回函数f2
    inner = outer()
    # 需要按照函数定义时的作用关系去执行，与调用位置无关
    inner()


func()  # 结果为1

闭包的特点

1.内部函数可以访问外部函数的变量：闭包中的内部函数可以引用外部函数中定义的变量，即使外部函数已经执行完毕，这些变量仍然会保留在内存中。
2.外部函数返回内部函数：通常情况下，外部函数会将内部函数作为返回值返回给调用者，从而形成一个闭包。
3.闭包保持了对外部变量的引用：由于闭包中的内部函数引用了外部变量，所以这些外部变量不会被垃圾回收机制回收，而是保存在闭包中。

闭包构成特点

1. 函数嵌套
2. 内部函数能够使用外部函数的变量(包括外部函数接收的参数)
3. 外部函数返回内部函数的引用。

【2】什么是闭包函数

闭：就是函数内部定义的参数，至少要有两层函数
包：内部函数要使用外部函数名称空间中的名字
只有同时满足两个或以上才能称之为闭包函数

调用和引用

从代码书写格式来看，函数调用就是在函数名后加上括号()，引用就是不加括号；函数调用时会立即执行函数，而引用时不会执行。
从深层次来看，函数引用实际上就是将这个函数的内存地址赋给了某个变量。这样就可以通过某个变量来调用这个函数了。

需要注意的是，在赋值过程中不要加上括号，因为加上括号会直接执行该函数并将结果赋给变量。而我们想要的是将整个函数作为对象进行传递和操作。
  • 也就是说函数被当做数据处理时，始终以自带的作用域为准。
  • 若内嵌函数包含对外部函数作用域（而非全局作用域）中变量的引用
  • 那么该’内嵌函数’就是闭包函数，简称闭包(Closures)
# 定义全局变量
x_global = 1


def outer():
    # 定义局部变量，覆盖全局变量
    x_global = 2

    def inner():
        # 打印外部函数的局部变量
        print(x_global)

    return inner


func = outer()
func()  
# 结果为2

【3】如何查看闭包函数所包裹的外部变量

  • 可以通过函数的closure属性，查看到闭包函数所包裹的外部变量
# 定义全局变量
x_global = 1


def outer():
    # 定义局部变量，覆盖全局变量
    x_global = 2

    def inner():
        # 打印外部函数的局部变量
        print(x_global)

    return inner


func = outer()
func()
# 结果为2

res_first = func.__closure__
print(res_first)  # (<cell at 0x000001945A08B9A0: int object at 0x0000019459AA0110>,)

print(dir(func.__closure__[0]))
'''
['__class__', '__delattr__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 'cell_contents']
'''

# __closure__ 属性是一个元组，包含了函数闭包中的每个 cell 对象。每个 cell 对象都有一个 cell_contents 属性，它存储着相应的值。
res_second = func.__closure__[0].cell_contents
print(res_second)  # 2
  • “闭”代表函数是内部的，“包”代表函数外’包裹’着对外层作用域的引用。
  • 因而无论在何处调用闭包函数，使用的仍然是包裹在其外层的变量。

【4】闭包函数用途

（1）保持状态

  • 保持状态： 闭包可以用来保持函数调用之间的状态。

  • 目前为止，我们得到了两种为函数体传值的方式

    • 一种是直接将值以参数的形式传入
    • 另外一种就是将值包给函数

[1]将值以参数的形式传入

import requests

# 将值以参数的形式传入
def get(url):
    return requests.get(url).text

[2]将值包给函数

import requests

# 将值包给函数
def page(url):
    def get():
        return requests.get(url).text

    return get

[3]对比

  • 方式一在下载同一页面时需要重复传入url
  • 方式二只需要传一次值，就会得到一个包含指定url的闭包函数，以后调用该闭包函数无需再传url
import requests


# 将值以参数的形式传入
def get(url):
    return requests.get(url).text


# 方式一下载同一页面
get('https://www.python.org')
get('https://www.python.org')
get('https://www.python.org')

import requests


# 将值包给函数
def page(url):
    def get():
        return requests.get(url).text

    return get


# 方式二下载同一页面
python = page('https://www.python.org')
python()
python()
python()

（2）函数工厂

  • 函数工厂： 闭包允许创建函数工厂，即可以动态生成函数。
  • 在你的例子中，page 函数就是一个函数工厂，它返回一个根据传入的 url 动态生成的函数。
import requests


# 将值包给函数
def page(url):
    def get():
        return requests.get(url).text

    return get

python = page('https://www.python.org')
java = page('https://www.java.com')

（3）封装

  • 封装： 闭包可以用来实现类似面向对象编程中的封装概念。
  • 通过将函数和其相关的状态（变量）捆绑在一起，形成一个封闭的单元。
def counter():
    count = 0

    def increment():
        nonlocal count
        count += 1
        return count

    return increment

counter1 = counter()
counter2 = counter()

print(counter1())  # 1
print(counter1())  # 2
print(counter2())  # 1

扩展：

用途：爬虫

1.3 闭包函数的用途
爬虫：爬取百度首页的数据

import requests
def outer(url):
    # url = 'https://www.jd.com/'
    def get_content():
        # url = 'https://www.jd.com/'
        res=requests.get(url)
        res.encoding='utf-8'
        # print(res.text) # 返回的是文本
        print(res.content) # 返回的是文本

        with open('baidu.html', 'wb') as f:
            f.write(res.content)

    return get_content
res=outer('https://www.jd.com/') # res:get_content
res()
res()
res()
res()
res()

res1=outer('https://www.taobao.com/')
res1()
res1()
res1()
res1()
res1()
res1()
res1()