深入浅出讲解python闭包

一、定义

在 Python 中，当一个函数内部定义的函数引用了外部函数的局部变量时，就形成了一个闭包。这个内部函数可以访问并修改外部函数的局部变量，而这些局部变量的状态会一直被保存在闭包中，即使外部函数已经执行完毕。

这种机制使得闭包可以实现一些特殊的功能，例如记忆化（Memoization）和实现私有变量等。闭包可以在函数内部保存一些状态，并且这些状态对外部是不可见的，从而实现了一定程度上的信息隐藏和封装。

def outer_function():x = 10def inner_function():nonlocal x  # 声明使用外部函数的局部变量 xx += 5return xreturn inner_function

closure = outer_function()
print(closure())  # 输出结果为 15
print(closure())  # 输出结果为 20

在这个示例中，inner_function 就是一个闭包，它引用了外部函数 outer_function 中的局部变量 x。每次调用 closure() 都会修改并返回 x 的值，而这个状态是被保存在闭包中的。

二、通过一个例子全面剖析一下闭包这个概念。

需求：实现银行系统的余额变化。

方式一：全局变量+函数

balance = 1000
def deposit(amount):global balancebalance += amountprint(f"成功存入 {amount} 元，当前余额为 {balance} 元")

def withdraw(amount):global balanceif amount <= balance:balance -= amountprint(f"成功取出 {amount} 元，当前余额为 {balance} 元")else:print("余额不足，取款失败")

def check_balance():print(f"当前余额为 {balance} 元")

# 存款和取款操作
deposit(500)  # 存入 500 元
withdraw(200)  # 取出 200 元
balance=10
deposit(500)  # 存入 500 元
check_balance()  # 查看余额

结果

成功存入 500 元，当前余额为 1500 元

成功取出 200 元，当前余额为 1300 元

成功存入 500 元，当前余额为 510 元

当前余额为 510 元

缺点：全局变量不安全，可以被随意访问和修改。

使用全局变量的方式虽然可以实现功能，但存在一些潜在问题：

可变性：全局变量的值是可变的，任何函数都可以直接修改它，这增加了程序出错的可能性，尤其在大型程序中更容易出现问题。
可见性：全局变量对整个程序都是可见的，这意味着任何部分都可以修改它，从而导致程序行为难以预测。
扩展性：如果需要管理多个账户，全局变量的方式就显得力不从心，因为很难将多个账户的信息独立地封装起来。

方案二：类

class BankAccount:def __init__(self, initial_balance):self.balance = initial_balance
def deposit(self, amount):self.balance += amountprint(f"成功存入 {amount} 元，当前余额为 {self.balance} 元")
def withdraw(self, amount):if amount <= self.balance:self.balance -= amountprint(f"成功取出 {amount} 元，当前余额为 {self.balance} 元")else:print("余额不足，取款失败")
def check_balance(self):print(f"当前余额为 {self.balance} 元")

# 创建账户
account = BankAccount(1000)
account.balance=550
# 存款和取款操作
account.deposit(500)  # 存入 500 元
account.withdraw(200)  # 取出 200 元
account.check_balance()  # 查看余额

结果

成功存入 500 元，当前余额为 1050 元

成功取出 200 元，当前余额为 850 元

当前余额为 850 元

缺点：共有属性也能被对象访问修改，不安全。

方案三：类+私有属性

class BankAccount:def __init__(self, initial_balance):self.__balance = initial_balance
def deposit(self, amount):self.__balance += amountprint(f"成功存入 {amount} 元，当前余额为 {self.__balance} 元")
def withdraw(self, amount):if amount <= self.__balance:self.__balance -= amountprint(f"成功取出 {amount} 元，当前余额为 {self.__balance} 元")else:print("余额不足，取款失败")
def check_balance(self):print(f"当前余额为 {self.__balance} 元")

account = BankAccount(1000)
account.deposit(500)

account.withdraw(200)
account.check_balance()

结果：

成功存入 500 元，当前余额为 1500 元

成功取出 200 元，当前余额为 1300 元

当前余额为 1300 元

问题得到解决。

方案四：闭包

def create_account(initial_balance):balance = initial_balancedef deposit(amount):nonlocal balancebalance += amountprint(f"成功存入 {amount} 元，当前余额为 {balance} 元")
def withdraw(amount):nonlocal balanceif amount <= balance:balance -= amountprint(f"成功取出 {amount} 元，当前余额为 {balance} 元")else:print("余额不足，取款失败")
def check_balance():print(f"当前余额为 {balance} 元")
return deposit, withdraw, check_balance

# 创建账户
deposit, withdraw, check_balance = create_account(1000)

# 存款和取款操作
deposit(500)  # 存入 500 元
print(deposit)
withdraw(200)  # 取出 200 元
check_balance()  # 查看余额

# 创建账户
deposit1, withdraw1, check_balance1 = create_account(10000)
# 存款和取款操作
deposit1(500)  # 存入 500 元
print(deposit1)
withdraw1(200)  # 取出 200 元
check_balance1()  # 查看余额

结果

成功存入 500 元，当前余额为 1500 元

<function create_account.<locals>.deposit at 0x0000020DCC711990>

成功取出 200 元，当前余额为 1300 元

当前余额为 1300 元

成功存入 500 元，当前余额为 10500 元

<function create_account.<locals>.deposit at 0x0000020DCC711A20>

成功取出 200 元，当前余额为 10300 元

当前余额为 10300 元

完美解决了问题

三、辨析

闭包和类是两种不同的概念，它们在编程中有着不同的用途和特点。