Python函数编程——闭包和装饰器

一、闭包

关于闭包,即函数定义和函数表达式位于另一个函数的函数体内(嵌套函数)。而且,这些内部函数可以访问它们所在的外部函数中声明的所有局部变量、参数。当其中一个这样的内部函数在包含它们的外部函数之外被调用时,就会形成闭包。也就是说,内部函数会在外部函数返回后被执行。而当这个内部函数执行时,它仍然必需访问其外部函数的局部变量、参数以及其他内部函数。这些局部变量、参数和函数声明(最初时)的值是外部函数返回时的值,但也会受到内部函数的影响。

def outer():
    name = 'alex'
    def inner():
        print("在inner里打印外层函数的变量",name)
    return inner # 注意这里只是返回inner的内存地址,并未执行
f = outer() # .inner at 0x1027621e0>
f()  # 相当于执行的是inner()

注意此时outer已经执行完毕,正常情况下outer里的内存都已经释放了,但此时由于闭包的存在,我们却还可以调用inner, 并且inner内部还调用了上一层outer里的name变量。这种粘粘糊糊的现象就是闭包。

闭包的意义:返回的函数对象,不仅仅是一个函数对象,在该函数外还包裹了一层作用域,这使得,该函数无论在何处调用,优先使用自己外层包裹的作用域。

闭包在哪会用? 请往下看。

二、装饰器

请看完下面这个故事!!!!

你是一家视频网站的后端开发工程师,你们网站有以下几个版块。

def home():
    print("---首页----")
def america():
    print("----欧美专区----")
def japan():
    print("----日韩专区----")
def henan():
    print("----河南专区----")

视频刚上线初期,为了吸引用户,你们采取了免费政策,所有视频免费观看,迅速吸引了一大批用户,免费一段时间后,每天巨大的带宽费用公司承受不了了,所以准备对比较受欢迎的几个版块收费,其中包括“欧美” 和 “河南”专区,你拿到这个需求后,想了想,想收费得先让其进行用户认证,认证通过后,再判定这个用户是否是VIP付费会员就可以了,是VIP就让看,不是VIP就不让看就行了呗。 你觉得这个需求很是简单,因为要对多个版块进行认证,那应该把认证功能提取出来单独写个模块,然后每个版块里调用 就可以了,与是你轻轻的就实现了下面的功能 。

account = {
    "is_authenticated":False,# 用户登录了就把这个改成True
    "username":"alex", # 假装这是DB里存的用户信息
    "password":"abc123" # 假装这是DB里存的用户信息
}
def login():
    if account["is_authenticated"] is False:
        username = input("user:")
        password = input("pasword:")
        if username == account["username"] and password == account["password"]:
            print("welcome login....")
            account["is_authenticated"] = True
        else:
            print("wrong username or password!")
    else:
        print("用户已登录,验证通过...")
def home():
    print("---首页----")
def america():
    login()  # 执行前加上验证
    print("----欧美专区----")
def japan():
    print("----日韩专区----")
def henan():
    login()  # 执行前加上验证
    print("----河南专区----")
home()
america()
henan()

此时你信心满满的把这个代码提交给你的TEAM LEADER审核,没成想,没过5分钟,代码就被打回来了, TEAM LEADER给你反馈是,我现在有很多模块需要加认证模块,你的代码虽然实现了功能,但是需要更改要加认证的各个模块的源代码,这直接违反了软件开发中的一个原则“开放-封闭”原则,简单来说,它规定已经实现的功能代码不应该被修改,但可以被扩展,即:

  • 封闭:已实现的功能代码块不应该被修改
  • 开放:对现有功能的扩展开放

这个原则你还是第一次听说,我擦,再次感受了自己这个野生程序员与正规军的差距,BUT ANYWAY,老大要求的这个怎么实现呢?如何在不改原有功能代码的情况下加上认证功能呢?你一时想不出思路,只好带着这个问题回家继续憋,媳妇不在家,去隔壁老王家串门了,你正好落的清静,一不小心就想到了解决方案,不改源代码可以呀。 你师从沙河金角大王时,记得他教过你,高阶函数,就是把一个函数当做一个参数传给另外一个函数,当时大王说,有一天,你会用到它的,没想到这时这个知识点突然从脑子里蹦出来了,我只需要写个认证方法,每次调用 需要验证的功能 时,直接 把这个功能 的函数名当做一个参数 传给 我的验证模块不就行了么,哈哈,机智如我,如是你啪啪啪改写了之前的代码。

account = {
    "is_authenticated":False,# 用户登录了就把这个改成True
    "username":"alex", # 假装这是DB里存的用户信息
    "password":"abc123" # 假装这是DB里存的用户信息
}
def login(func):
    if account["is_authenticated"] is False:
        username = input("user:")
        password = input("pasword:")
        if username == account["username"] and password == account["password"]:
            print("welcome login....")
            account["is_authenticated"] = True
        else:
            print("wrong username or password!")
    if account["is_authenticated"] is True:  # 主要改了这
        func() # 认证成功了就执行传入进来的函数
def home():
    print("---首页----")
def america():
    print("----欧美专区----")
def japan():
    print("----日韩专区----")
def henan():
    print("----河南专区----")
home()
login(america) # 需要验证就调用 login,把需要验证的功能 当做一个参数传给login
login(henan)

你很开心,终于实现了老板的要求,不改变原功能代码的前提下,给功能加上了验证,此时,媳妇回来了,后面还跟着老王,你两家关系非常好,老王经常来串门,老王也是码农,你跟他分享了你写的代码,兴奋的等他看完 夸奖你NB,没成想,老王看后,并没有夸你,抱起你的儿子,笑笑说,你这个代码还是改改吧, 要不然会被开除的,WHAT? 会开除,明明实现了功能 呀, 老王讲,没错,功能是实现了,但是你又犯了一个大忌,什么大忌? 你改变了调用方式呀, 想一想,现在没每个需要认证的模块,都必须调用你的login()方法,并把自己的函数名传给你,人家之前可不是这么调用的, 试想,如果有100个模块需要认证,那这100个模块都得更改调用方式,这么多模块肯定不止是一个人写的,让每个人再去修改调用方式 才能加上认证,你会被骂死的。。。。 你觉得老王说的对,但问题是,如何即不改变原功能代码,又不改变原有调用方式,还能加上认证呢? 你苦思了一会,还是想不出,老王在逗你的儿子玩,你说,老王呀,快给我点思路 ,实在想不出来,老王背对着你问,

老王:学过匿名函数没有?

你:学过学过,就是lambda嘛

老王:那lambda与正常函数的区别是什么?

你:最直接的区别是,正常函数定义时需要写名字,但lambda不需要

老王:没错,那lambda定好后,为了多次调用 ,可否也给它命个名?

你:可以呀,可以写成plus = lambda x:x+1类似这样,以后再调用plus就可以了,但这样不就失去了lambda的意义了,明明人家叫匿名函数呀,你起了名字有什么用呢?

老王:我不是要跟你讨论它的意义 ,我想通过这个让你明白一个事实

老王边说着,边拿起你儿子的画板,在上面写了以下代码:

def plus(n):
    return n+1
plus2 = lambda x:x+1

老王: 上面这两种写法是不是代表 同样的意思?

你:是的

老王:我给lambda x:x+1 起了个名字叫plus2,是不是相当于def plus2(x) ?

你:我擦,你别说,还真是,但老王呀,你想说明什么呢?

老王: 没啥,只想告诉你,给函数赋值变量名就像def func_name 是一样的效果,如下面的plus(n)函数,你调用时可以用plus名,还可以再起个其它名字,如

calc = plus
calc(n)

你明白我想传达什么意思了么?

你:。。。。。。。。。。。这。。。。。。嗯 。。。。。不太。。。。明白 。。

老王:。。。。这。。。。。呵呵。。。。。。好吧。。。。,那我在给你点一下,你之前写的下面这段调用认证的代码

home()
login(america) #需要验证就调用 login,把需要验证的功能 当做一个参数传给login
# home()
# america()
login(henan)

老王:你之所以改变了调用方式,是因为用户每次调用时需要执行login(henan),类似的。其实稍一改就可以了呀

home()
america = login(america)
henan = login(henan)

老王:这样以后其它人调用henan时,其实相当于调用了login(henan), 通过login里的验证后,就会自动调用henan功能。

你:我擦,还真是唉。。。,老王,还是你nb。。。不过,等等, 我这样写了好,那用户调用时,应该是下面这个样子

home()
america = login(america) #你在这里相当于把america这个函数替换了
henan = login(henan)
#那用户调用时依然写
america()

但问题在于,还不等用户调用 ,你的america = login(america)就会先自己把america执行了呀。。。。,你应该等我用户调用的时候再执行才对呀,不信我试给你看。。。

老王:哈哈,你说的没错,这样搞会出现这个问题,但你想想有没有解决办法呢?

你:我擦,你指的思路呀,大哥。。。我哪知道下一步怎么走。。。

老王:算了,估计你也想不出来。。。 学过嵌套函数没有?

你:yes,然后呢?

老王:想实现一开始你写的america = login(america)不触发你真正的america函数的执行,只需要在这个login里面再定义一层函数,第一次调用america = login(america)只调用到外层login,这个login虽然会执行,但不会触发认证了,因为认证的所有代码被封装在login里层的新定义 的函数里了,login只返回 里层函数的函数名,这样下次再执行america()时, 就会调用里层函数啦。。。

你:。。。。。。什么? 什么个意思,我蒙逼了。。。

老王:还是给你看代码吧。。

account = {
    "is_authenticated":False,# 用户登录了就把这个改成True
    "username":"alex", # 假装这是DB里存的用户信息
    "password":"abc123" # 假装这是DB里存的用户信息
}
def login(func):
    def inner(): # 再定义一层函数
        if account["is_authenticated"] is False:
            username = input("user:")
            password = input("pasword:")
            if username == account["username"] and password == account["password"]:
                print("welcome login....")
                account["is_authenticated"] = True
            else:
                print("wrong username or password!")
        if account["is_authenticated"] is True:
            func()
    return inner  # 注意这里只返回inner的内存地址,不执行
def home():
    print("---首页----")
def america():
    print("----欧美专区----")
def japan():
    print("----日韩专区----")
def henan():
    print("----河南专区----")
home()
america = login(america) # 这次执行login返回的是inner的内存地址 .inner at 0x101762840>
henan = login(henan)  # .inner at 0x102562840>
america()  # 相当于执行inner()
henan()

此时你仔细着了老王写的代码 ,感觉老王真不是一般人呀,连这种奇淫巧技都能想出来。。。,心中默默感谢上天赐你一个大牛邻居。

你: 老王呀,你这个姿势很nb呀,你独创的? 此时你媳妇噗嗤的笑出声来,你也不知道 她笑个球。。。

老王:呵呵, 这不是我独创的呀当然 ,这是开发中一个常用的玩法,叫语法糖,官方名称“装饰器”,其实上面的写法,还可以更简单 可以把下面代码去掉

america = login(america) # 这次执行login返回的是inner的内存地址
henan = login(henan)  # .inner at 0x102562840>

只在你要装饰的函数上面加上下面代码

@login
def america():
    print("----欧美专区----")
def japan():
    print("----日韩专区----")
@login
def henan():
    print("----河南专区----")

效果是一样的。

你开心的玩着老王教你的新姿势 ,玩着玩着就手贱给你的“河南专区”版块 加了个参数,然后,结果出错了。。

你:老王,老王,怎么传个参数就不行了呢?

老王:那必然呀,你调用henan时,其实是相当于调用的login,你的henan第一次调用时henan = login(henan), login就返回了inner的内存地址,第2次用户自己调用henan(5),实际上相当于调用的是inner,但你的inner定义时并没有设置参数,但你给他传了个参数,所以自然就报错了呀

你:但是我的 版块需要传参数呀,你不让我传不行呀。。。

老王:没说不让你传,稍做改动便可。。

老王:你再试试就好了 。

你: 果然好使,大神就是大神呀。 。。 不过,如果有多个参数呢?

老王:。。。。老弟,你不要什么都让我教你吧,非固定参数你没学过么?*args,**kwargs…

你:噢 。。。还能这么搞?,nb,我再试试。 你身陷这种新玩法中无法自拔,竟没注意到老王已经离开,你媳妇告诉你说为了不打扰你加班,今晚带孩子去跟她姐妹住 ,你觉得媳妇真体贴,最终,你终于搞定了所有需求,完全遵循开放-封闭原则,最终代码如下。

account = {
    "is_authenticated":False,# 用户登录了就把这个改成True
    "username":"alex", # 假装这是DB里存的用户信息
    "password":"abc123" # 假装这是DB里存的用户信息
}
def login(func):
    def inner(*args,**kwargs): # 再定义一层函数
        if account["is_authenticated"] is False:
            username = input("user:")
            password = input("pasword:")
            if username == account["username"] and password == account["password"]:
                print("welcome login....")
                account["is_authenticated"] = True
            else:
                print("wrong username or password!")
        if account["is_authenticated"] is True:
            func(*args,**kwargs)
    return inner  # 注意这里只返回inner的内存地址,不执行
def home():
    print("---首页----")
@login
def america():
    print("----欧美专区----")
def japan():
    print("----日韩专区----")
@login
def henan(vip_level):
    if vip_level < 3:
        print("----河南专区普通会员----")
    else:
        print("欢迎来到尊贵河南口音RMB玩家私密社区".center(50,"-"))
        print("再充值500就可以获取演员微信号,幸福大门即将开启".center(50," "))
# home()
# america = login(america) # 这次执行login返回的是inner的内存地址 .inner at 0x101762840>
# henan = login(henan)  # .inner at 0x102562840>
america()  # 相当于执行inner()
henan(5)

此时,你已累的不行了,洗洗就抓紧睡了,半夜,上厕所,隐隐听到隔壁老王家有微弱的女人的声音传来,你会心一笑,老王这家伙,不声不响找了女朋友也不带给我看看,改天一定要见下真人。。。。。你本想着给媳妇打个电话问问她到了闺蜜家没有,想着想着竟然睡着了。。。

翌日,你精神抖擞到了公司,把代码扔给leader, leader看完后,会心一笑,小伙子不错,这才是专业的写法嘛。

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