什么是闭包？

在函数式编程中，我们有时会编写创建其他函数的函数。一种简单而优雅的方式是使用闭包（closure）。闭包提供了一种动态创建函数的方法，类似于匿名函数（lambda），但功能更强大。

内部函数

让我们先来看一下内部函数的概念。内部函数是指定义在另一个函数内部的函数。下面是一个例子：

1def print3(): 
2    def print_hello(): 
3        print('hello') 
4    print_hello() 
5    print_hello() 
6    print_hello() 
7
8# 主程序
9print3() 
10print_hello()  # 这将引发错误

print_hello 是 print3 的内部函数。具体来说，print3 首先定义了 print_hello，然后调用它三次。

运行主程序的结果是：

• 调用 print3 会打印三次 "hello"。
• 调用 print_hello 会出错，因为它只在 print3 内部可见。

返回一个内部函数

函数可以返回一个内部函数，如下所示：

1def make_print(): 
2    def print_hello(): 
3        print('hello') 
4    return print_hello 
5
6# 主程序
7fn = make_print() 
8fn()

在这个例子中，make_print 函数定义了一个内部函数 print_hello。但它并没有调用 print_hello，而是直接将其作为函数对象返回。

当我们在主程序中调用 make_print 时，会将函数对象赋值给变量 fn。这意味着 fn 实际上是内部函数 print_hello 的别名。因此，当我们执行 fn() 时，会如预期一样输出 "hello"。

这虽然有趣，但目前并不特别有用。我们当然可以直接把 print_hello 定义为顶层函数，而无需写这么多代码。

闭包的诞生

接下来才是关键所在，我们真正创建了第一个闭包：

1def make_printx(x): 
2    def printx(): 
3        print(x) 
4    return printx 
5
6# 主程序
7fn1 = make_printx(7) 
8fn2 = make_printx(100) 
9fn1() 
10fn2()

在上面的例子中，外层函数 make_printx 接收一个参数，而内部函数 printx 使用了这个参数。这当然没问题，因为内部函数可以访问其外部函数的局部变量和参数。

现在我们调用 make_printx，传入值 7。这会创建一个 printx 函数对象，但重要的是：这个函数对象与 x = 7 的值相关联。函数对象与 x 值的组合称为一个闭包。

在上述代码中，fn1 是 printx 的闭包，其中 x 的值为 7；fn2 是 printx 的闭包，其中 x 的值为 100。每次调用 fn1，都会输出 7；每次调用 fn2，都会输出 100。

更实用的闭包示例

假设我们需要一个函数，用于打印某个值，并自动用括号将其包围起来。同时，我们希望能够自定义括号类型，比如 [x]、{x} 或 <<x>>。

我们可以用闭包来实现这一点：

1def make_printb(start, end): 
2    def printb(s): 
3        print(start + s + end) 
4    return printb 
5
6# 主程序
7sq = make_printb('[', ']') 
8dbl_ang = make_printb('<<', '>>') 
9sq('hello') 
10dbl_ang('world')

这里，make_printb 接收两个参数：起始括号和结束括号。不过，在这个例子中，内部函数 printb 接收一个参数 s，表示要打印的实际字符串内容。这意味着括号类型在创建闭包时就固定了，但可以在调用闭包时指定具体内容。

因此，当我们创建闭包 sq 时，括号被设置为方括号。每次调用 sq，都会使用方括号，但中间的内容可以任意更改。同样地，dbl_ang 始终使用双尖括号。

这就是如何通过一个简单的闭包，创建一个“工厂”，生成一系列能以不同括号样式打印文本的函数。

什么是闭包？

那么，到底什么是闭包？一个闭包通常需要满足三个条件：

• 外层函数中包含一个内部函数。
• 外层函数具有参数和/或局部变量。
• 外层函数将内部函数作为函数对象返回。

严格来说，任何返回内部函数的函数都是闭包，即使它没有参数（例如本课开头的 make_print 函数）。然而，如果无法改变闭包的行为，这样的闭包就没什么实际用途。