016. 请实现如下功能|谈谈你对闭包的理解

摘自<流畅的python> 第七章函数装饰器和闭包

实现一个函数(可以不是函数)avg，计算不断增加的系列值的平均值，效果如下

def avg(...):
    pass
avg(10) =>返回10
avg(20) =>返回10+20的平均值15
avg(30) =>返回10+20+30的平均值20

跟Python常见面试题015.请实现一个如下功能的函数有点类似，但又不太一样
关键是你需要有个变量来存储历史值

类的实现方式

参考代码

class Average():
    def __init__(self):
        self.series = []
    def __call__(self, value):
        self.series.append(value)
        return sum(self.series)/len(self.series)

avg = Average()
print(avg(10))
print(avg(20))
print(avg(30))

avg是个Average的实例
avg有个属性series，一开始是个空列表
__call__使得avg对象可以像函数一样调用
调用的时候series会保留，因为series只在第一次初始化的时候置为空列表
下面的事情就变得简单了

但有没有其他做法呢？
有的，答案是：闭包

闭包实现

参考代码

def make_average():
    series = []
    def averager(value):
        series.append(value)
        return sum(series)/len(series)
    return averager
avg = make_average()
print(avg(10))
print(avg(20))
print(avg(30))

仔细对比2个代码，你会发现相似度是极高的
一个是类，一个是函数
类中存储历史值的是self.series，函数中的是series局部变量
类实例能调用是实现了__call__，函数的实现中，avg是make_average()的返回值averager，是个函数名，所以它也能调用

闭包 closure 初识

闭包closure定义：
- 在一个外函数中定义了一个内函数
- 内函数里运用了外函数的临时变量
- 外函数的返回值是内函数的引用

以上面的为例

def make_average(): # 外函数
    series = [] # 临时变量(局部变量)
    def averager(value): # 内函数
        series.append(value)
        return sum(series)/len(series)
    return averager # 返回内函数的引用

下面这些话你可能听的云里雾里的，姑且听一下。
series 是 make_averager 函数的局部变量，因为那个函数的定义体中初始化了series：series = []
调用 avg(10) 时，make_averager 函数已经返回了，而它的本地作用域也一去不复返了
在 averager 函数中，series 是自由变量（free variable）。这是一个技术术语，指未在本地作用域中绑定的变量
averager 的闭包延伸到那个函数的作用域之外，包含自由变量 series 的绑定

反汇编(dis=Disassembler)

from dis import dis
dis(make_average)

  2           0 BUILD_LIST               0
              2 STORE_DEREF              0 (series)

  3           4 LOAD_CLOSURE             0 (series)
              6 BUILD_TUPLE              1
              8 LOAD_CONST               1 (<code object averager at 0x000002225DD1CBE0, file "<ipython-input-1-a43a8601eedd>", line 3>)
             10 LOAD_CONST               2 ('make_average.<locals>.averager')
             12 MAKE_FUNCTION            8 (closure)
             14 STORE_FAST               0 (averager)

  6          16 LOAD_FAST                0 (averager)
             18 RETURN_VALUE

Disassembly of <code object averager at 0x000002225DD1CBE0, file "<ipython-input-1-a43a8601eedd>", line 3>:
  4           0 LOAD_DEREF               0 (series)
              2 LOAD_METHOD              0 (append)
              4 LOAD_FAST                0 (value)
              6 CALL_METHOD              1
              8 POP_TOP

  5          10 LOAD_GLOBAL              1 (sum)
             12 LOAD_DEREF               0 (series)
             14 CALL_FUNCTION            1
             16 LOAD_GLOBAL              2 (len)
             18 LOAD_DEREF               0 (series)
             20 CALL_FUNCTION            1
             22 BINARY_TRUE_DIVIDE
             24 RETURN_VALUE

读懂上面的，不是人干的事情，不过你依然有可能
```
https://docs.python.org/zh-cn/3/library/dis.html#bytecodes
```

code属性

怎么样不云里雾里呢

查看avg.__code__属性

[_ for _ in dir(avg.__code__) if _[:2]=='co']

['co_argcount',
 'co_cellvars',
 'co_code',
 'co_consts',
 'co_filename',
 'co_firstlineno',
 'co_flags',
 'co_freevars',
 'co_kwonlyargcount',
 'co_lnotab',
 'co_name',
 'co_names',
 'co_nlocals',
 'co_posonlyargcount',
 'co_stacksize',
 'co_varnames']

官方解释

属性	描述
co_argcount	参数数量（不包括仅关键字参数、* 或 ** 参数）
co_code	原始编译字节码的字符串
co_cellvars	单元变量名称的元组(通过包含作用域引用)
co_consts	字节码中使用的常量元组
co_filename	创建此代码对象的文件的名称
co_firstlineno	第一行在Python源码的行号
co_flags	`CO_*` 标志的位图，详见此处
co_lnotab	编码的行号到字节码索引的映射
co_freevars	自由变量的名字组成的元组（通过函数闭包引用）
co_posonlyargcount	仅限位置参数的数量
co_kwonlyargcount	仅限关键字参数的数量（不包括 ** 参数）
co_name	定义此代码对象的名称
co_names	局部变量名称的元组
co_nlocals	局部变量的数量
co_stacksize	需要虚拟机堆栈空间
co_varnames	参数名和局部变量的元组

通过__code__分析

def make_average(): 
    series = []
    def averager(value): 
        series.append(value)
        total = sum(series)
        return total/len(series)
    return averager 
avg = make_average()
avg.__code__.co_varnames  # 参数名和局部变量的元组
# ('value', 'total')  # value是参数，total是局部变量名
avg.__code__.co_freevars 
# ('series',) # 自由变量的名字组成的元组（通过函数闭包引用）

结合avg.__closure__

avg.__closure__
# (<cell at 0x000002225FA4DC70: list object at 0x000002225EE35600>,)
# 这是个cell对象，list对象
len(avg.__closure__) # 1
avg.__closure__[0].cell_contents # [] 因为你还没调用
avg(10)
avg(20)
avg(30)
avg.__closure__[0].cell_contents # [10, 20, 30] 保存着真正的值