函数作为返回值
高阶函数除了可以接受函数作为参数外,还可以把函数作为结果值返回。
我们来实现一个可变参数的求和。通常情况下,求和的函数是这样定义的:
def calc_sum(*args): ax = 0 for n in args: ax = ax + n return ax
但是,如果不需要立刻求和,而是在后面的代码中,根据需要再计算怎么办?可以不返回求和的结果,而是返回求和的函数:
def lazy_sum(*args): def sum(): ax = 0 for n in args: ax = ax + n return ax return sum
当我们调用 lazy_sum() 时,返回的并不是求和结果,而是求和函数:
>>> f = lazy_sum(1, 3, 5, 7, 9) >>> f <function lazy_sum.<locals>.sum at 0x101c6ed90>
调用函数 f 时,才真正计算求和的结果:
>>> f() 25
在这个例子中,我们在函数 lazy_sum 中又定义了函数 sum ,并且,内部函数 sum 可以引用外部函数 lazy_sum 的参数和局部变量,当 lazy_sum 返回函数 sum 时,相关参数和变量都保存在返回的函数中,这种称为“闭包(Closure)”的程序结构拥有极大的威力。
请再注意一点,当我们调用 lazy_sum() 时,每次调用都会返回一个新的函数,即使传入相同的参数:
>>> f1 = lazy_sum(1, 3, 5, 7, 9) >>> f2 = lazy_sum(1, 3, 5, 7, 9) >>> f1==f2 False
f1() 和 f2() 的调用结果互不影响。
闭包
注意到返回的函数在其定义内部引用了局部变量 args ,所以,当一个函数返回了一个函数后,其内部的局部变量还被新函数引用,所以,闭包用起来简单,实现起来可不容易。
另一个需要注意的问题是,返回的函数并没有立刻执行,而是直到调用了 f() 才执行。我们来看一个例子:
def count(): fs = [] for i in range(1, 4): def f(): return i*i fs.append(f) return fs f1, f2, f3 = count()
在上面的例子中,每次循环,都创建了一个新的函数,然后,把创建的3个函数都返回了。
你可能认为调用 f1() , f2() 和 f3() 结果应该是 1 , 4 , 9 ,但实际结果是:
>>> f1() 9 >>> f2() 9 >>> f3() 9
全部都是 9 !原因就在于返回的函数引用了变量 i ,但它并非立刻执行。等到3个函数都返回时,它们所引用的变量 i 已经变成了 3 ,因此最终结果为 9 。
返回闭包时牢记一点:返回函数不要引用任何循环变量,或者后续会发生变化的变量。
如果一定要引用循环变量怎么办?方法是再创建一个函数,用该函数的参数绑定循环变量当前的值,无论该循环变量后续如何更改,已绑定到函数参数的值不变:
def count(): def f(j): def g(): return j*j return g fs = [] for i in range(1, 4): fs.append(f(i)) # f(i)立刻被执行,因此i的当前值被传入f() return fs
再看看结果:
>>> f1, f2, f3 = count() >>> f1() 1 >>> f2() 4 >>> f3() 9
缺点是代码较长,可利用lambda函数缩短代码。
nonlocal
使用闭包,就是内层函数引用了外层函数的局部变量。如果只是读外层变量的值,我们会发现返回的闭包函数调用一切正常:
def inc(): x = 0 def fn(): # 仅读取x的值: return x + 1 return fn f = inc() print(f()) # 1 print(f()) # 1
但是,如果对外层变量赋值,由于Python解释器会把 x 当作函数 fn() 的局部变量,它会报错:
# -*- coding: utf-8 -*- ---- def inc(): x = 0 def fn(): # nonlocal x x = x + 1 return x return fn f = inc() print(f()) # 1 print(f()) # 2
原因是 x 作为局部变量并没有初始化,直接计算 x+1 是不行的。但我们其实是想引用 inc() 函数内部的 x ,所以需要在 fn() 函数内部加一个 nonlocal x 的声明。加上这个声明后,解释器把 fn() 的 x 看作外层函数的局部变量,它已经被初始化了,可以正确计算 x+1 。
使用闭包时,对外层变量赋值前,需要先使用nonlocal声明该变量不是当前函数的局部变量。
练习
利用闭包返回一个计数器函数,每次调用它返回递增整数:
# -*- coding: utf-8 -*- ---- def createCounter(): def counter(): return 1 return counter ---- # 测试: counterA = createCounter() print(counterA(), counterA(), counterA(), counterA(), counterA()) # 1 2 3 4 5 counterB = createCounter() if [counterB(), counterB(), counterB(), counterB()] == [1, 2, 3, 4]: print('测试通过!') else: print('测试失败!')
小结
一个函数可以返回一个计算结果,也可以返回一个函数。
返回一个函数时,牢记该函数并未执行,返回函数中不要引用任何可能会变化的变量。
参考源码
return_func.py