解密闭包：函数如何记住外部变量

什么是闭包？

闭包是一个函数对象，它不仅记住它的代码逻辑，还记住了定义它时的自由变量（即非全局也非局部，但被内部函数引用的变量）。即使外部函数已经执行完毕，这些自由变量的值仍然保存在内存中，可以通过闭包访问和使用。

简单来说：

• 当一个嵌套的函数引用了其外部函数中的变量，并且这个嵌套函数可以在其外部函数之外被调用时，就形成了一个闭包。

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✅ 闭包的基本结构

def outer_function(x):
    def inner_function(y):
        return x + y
    return inner_function
closure = outer_function(10)
print(closure(5))  # 输出: 15

在这个例子中，inner_function 是 outer_function 的内部函数，并且引用了 outer_function 的参数 x。当 outer_function 返回 inner_function 时，尽管 outer_function 已经执行结束，但是 inner_function 依然保留了对外部变量 x 的引用，这就形成了一个闭包。

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✅ 闭包的工作原理

闭包允许你在一个函数内创建并返回另一个函数，而后者能够“记住”前者内部的变量状态。这种特性对于需要保持某些状态的应用场景特别有用，比如计数器等。

示例：简单的计数器

def make_counter():
    count = 0
    def counter():
        nonlocal count  # 使用 nonlocal 声明 count 是外部函数中的变量
        count += 1
        return count
    return counter
counter = make_counter()
print(counter())  # 输出: 1
print(counter())  # 输出: 2
print(counter())  # 输出: 3

在这个例子中，make_counter 函数返回了一个闭包 counter，它可以不断增加并返回一个计数值。注意这里使用了 nonlocal 关键字来表明我们要修改的是外部函数中的 count 变量。

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✅ 为什么使用闭包？

1. 封装：闭包可以帮助我们封装一些数据，避免全局变量的污染。

2. 状态保持：通过闭包，我们可以轻松地实现带有状态的函数。

3. 减少命名冲突：由于闭包内部使用的变量对外部不可见，因此减少了命名冲突的风险。

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✅ 闭包与装饰器

闭包的一个常见应用场景就是作为装饰器的基础。装饰器本质上也是一个闭包，它接受一个函数作为输入，并返回一个新的函数，通常用于在不改变原函数的情况下添加额外的功能。

示例：简单的装饰器

def decorator(func):
    def wrapper():
        print("Something is happening before the function is called.")
        func()
        print("Something is happening after the function is called.")
    return wrapper
@decorator
def say_hello():
    print("Hello!")
say_hello()

输出:

Something is happening before the function is called.

Hello!

Something is happening after the function is called.

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⚠️ 注意事项

1. 可变对象：如果闭包中引用的对象是可以变的（如列表），那么对这个对象的任何更改都会反映在闭包中。

2. 性能问题：虽然闭包很强大，但在某些情况下可能会导致性能问题或增加程序复杂度，所以应谨慎使用。

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总结

• 闭包是由函数及其相关引用环境组合而成的实体。

• 它允许函数“记住”并访问其定义范围内的变量，即使那个函数在其定义的作用域外被调用。

• 闭包广泛应用于各种编程模式中，如装饰器、工厂函数等。