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

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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 balance
    balance += amount
    print(f"成功存入 {amount} 元，当前余额为 {balance} 元")
​
def withdraw(amount):
    global balance
    if amount <= balance:
        balance -= amount
        print(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：

1. 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。

2. 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。

3. 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。

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方案二：类

class BankAccount:
    def __init__(self, initial_balance):
        self.balance = initial_balance
​
    def deposit(self, amount):
        self.balance += amount
        print(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 -= amount
            print(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。

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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 += amount
        print(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 -= amount
            print(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。

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方案四：闭包

def create_account(initial_balance):
    balance = initial_balance
    def deposit(amount):
        nonlocal balance
        balance += amount
        print(f"成功存入 {amount} 元，当前余额为 {balance} 元")
​
    def withdraw(amount):
        nonlocal balance
        if amount <= balance:
            balance -= amount
            print(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

.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

.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

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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。

闭包（Closure）是指可以在其词法作用域之外执行的函数，但仍然保持对其作用域内变量的引用。换句话说，闭包是函数及其相关的引用环境的组合。闭包可以用来封装状态、实现私有变量等功能。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。

类（Class）则是面向对象编程中的重要概念，它用来描述具有相似属性和行为的对象的模板。类由属性（成员变量）和方法（成员函数）组成，可以通过实例化来创建对象，并且支持继承、多态等面向对象的特性。类的主要作用是封装数据和操作数据的方法，以及实现代码复用和抽象。

下面是闭包和类的一些区别：

1. 封装方式不同：闭包是一种函数式编程的封装方式，通过函数和其引用环境来封装状态和行为；类是一种面向对象编程的封装方式，通过属性和方法来封装数据和操作。

2. 状态的保存方式不同：闭包通过引用环境来保存状态，而类通过实例变量和类变量来保存状态。

3. 范围不同：闭包通常用于封装一些局部状态，提供函数式编程的功能；类则通常用于描述对象的行为和属性，提供面向对象编程的特性。

总的来说，闭包和类都是用于封装和抽象的工具，但其应用场景和实现方式有所不同。在实际编程中，可以根据具体的需求和问题选择合适的工具来实现相应的功能。