深入理解 Python 中的閉包（Closure）
更新日期： 2024 年 11 月 18 日
本文為 python 作用域系列文，第一篇：
- 基礎：深入理解 Python 的作用域與 LEGB 原則
- 1 階進化：深入理解 Python 中的 global 與 nonlocal 關鍵字
- 2 階進化：深入理解 Python 中的閉包（Closure）
閉包是指內部函數，能夠記住其所在的外部函數中的變量，即使外部函數執行完畢、局部變量理應被銷毀時，這些變量依然能被內部函數訪問。
閉包的存在讓我們能實現一些巧妙的邏輯，常用於回調函數、裝飾器等場景。
接下來，我們將從代碼範例入手，逐步解析閉包的形成與運作原理。
閱讀本文前，建議具備相關概念：
基本閉包範例
以下是一個典型的 Python 閉包範例：
def hi():
a = 1 # 外部函數的局部變量
def hey():
print(a) # 訪問外部函數的局部變量
return hey # 將內部函數作為返回值
new_hey = hi() # 執行 hi 函數，獲得內部函數 hey 的引用
new_hey() # 調用內部函數 hey，輸出: 1函數執行的流程
hi()執行時- 在
hi()的作用域內，變量a被賦值為1。 - 定義了內部函數
hey，該函數訪問了外部函數的變量a。 - 函數
hi返回了內部函數hey的引用。
- 在
- 執行完
hi()後- 按理說，
hi()的執行結束會銷毀其作用域內的局部變量a。 - 但由於內部函數
hey引用了變量a，Python 建立了一個特殊的結構來保存a的值，這就是「細胞物件」（Cell Object）。
- 按理說，
- 調用
new_hey()時- 內部函數
hey被執行，通過細胞物件引用到了變量a的值1，從而輸出了結果。
- 內部函數
細胞物件（Cell Object）的作用
細胞物件是閉包形成的關鍵。
當外部函數中的變量被內部函數引用時，Python 會自動建立細胞物件來保存這些變量的值，即使外部函數已結束，這些變量依然可以被內部函數訪問。
讓我們通過簡化的圖解，來展示細胞物件的關係：
閉包形成前
hi.a -------------> 1
hi.hey.a ---------> (直接指向 hi.a)閉包形成後
當 hi() 執行完畢，局部變量 a 本應銷毀，但細胞物件將其保存了下來：
hi.a -------------> (消失)
hi.hey.a ---------> [Cell Object] -----> 13. 驗證細胞物件的存在
Python 提供了檢查細胞物件的方法：
def hi():
a = 1
def hey():
print(a)
return hey
new_hey = hi()
print(new_hey.__closure__) # 輸出: (<cell at 0x...: int object at 0x...>,)__closure__屬性__closure__是內部函數的一個屬性，返回所有被捕捉的變量。- 每個捕捉的變量都存放在一個細胞物件中。
延伸與應用
多變量閉包
閉包可以捕捉多個變量：
def outer(x):
def inner(y):
return x + y # 捕捉外部變量 x
return inner
add_five = outer(5)
print(add_five(10)) # 輸出: 15此例中，變量 x 被內部函數 inner 捕捉並保存在細胞物件中，內部函數執行時即可訪問。
注意事項：變量可變性
細胞物件中保存的變量是共享的，因此修改外部變量時需謹慎：
def counter():
count = 0
def increment():
nonlocal count # 修改外部變量
count += 1
return count
return increment
c = counter()
print(c()) # 輸出: 1
print(c()) # 輸出: 2使用 nonlocal 關鍵字可在內部函數中修改外部變量，這在計數器、狀態追蹤等情境中非常實用。
總結
閉包是 Python 中非常強大的特性，它通過細胞物件實現了內部函數，對外部作用域變量的持久訪問。
理解閉包的運作方式，有助於開發者靈活處理，多層函數嵌套以及狀態保存的需求。
學會檢查 __closure__ 屬性並合理使用閉包，將使你的 Python 編碼技能更上一層樓！