Python闭包及装饰器运行原理解析-猿码集

Python闭包及装饰器运行原理解析

在Python编程语言中，闭包和装饰器是两个非常常用的概念。本篇文章将从理论原理和实际应用两个角度，对这两种应用于Python编程的技术进行深入的探索。

1. 关于闭包

闭包（Closure）是一种重要的程序设计技术，具有嵌套函数和作用域捕获的能力。通俗地讲，闭包是从函数中返回函数的一种设计模式。

在Python中，闭包通常应用于以下场景：

在函数中返回函数，用于创建函数工厂；

在面向对象编程中，用于实现私有化属性。

如下是一个简单的闭包实现：


def getConfigurator(config):
    def setup_config(key, value):
        config[key] = value
    return setup_config
config = {}
set_config = getConfigurator(config)
set_config('name', 'Jack')
set_config('age', 18)
print(config)

代码中定义了一个getConfigurator函数，用于返回一个用于设置config字典值的闭包函数setup_config。在函数体内，通过使用config参数，实现对外部变量config的引用。

然后，我们通过调用getConfigurator函数，并得到一个闭包函数，最终完成了对config字典值的设置。执行该代码段后，输出为{'name':'Jack', 'age':18}。

需要注意的是，闭包函数会保存上一次调用时的运行状态，一旦闭包已经被访问过，则会一直保存其中的变量值，直到完全退出程序运行为止。

2. 关于装饰器

装饰器是一种实现在不修改源代码的情况下，通过在定义或运行时包装函数的技术。

装饰器经常应用于以下场景：

函数前置或后置操作，如日志记录、输入验证等；

授权或限制访问等安全权限控制；

对已有代码进行各种重构或优化操作等。

如下是一个简单的装饰器实现：


import time
def profiler(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        elapsed = time.time() - start
        print(f"Elapsed time: {elapsed: .4f}")
        return result
    return wrapper
@profiler
def fib(n):
    return 1 if n <= 1 else fib(n-1) + fib(n-2)
print(fib(30))

代码中定义了一个装饰器profiler，用于记录函数的运行时间。该装饰器接受一个函数作为参数，返回一个闭包函数wrapper，用于包装函数，并在函数运行结束后记录运行时间。

然后，我们通过在fib函数之上加上 @profiler 装饰器，调用被装饰后的fib函数，并输出其结果。最终执行结果为：

Elapsed time: 0.3512 1346269

3. 闭包和装饰器运行原理

在Python中，闭包和装饰器的实现依赖于两个关键技术：函数作为对象和命名空间。

函数作为对象，意味着Python中的函数可以被当作变量、参数、返回值传递。例如，在闭包实现中，返回的是函数对象。而在装饰器实现中，我们将需要被包装的函数作为参数传递，同时返回被包装后的函数对象。

命名空间相当于Python中世界的“分区”或“作用域”，可以理解为一个变量存储的位置。在一个Python程序中，变量的名字是由名称和该变量所在的命名空间（可以理解为变量存储的位置）共同确定的。同名变量可以存储在不同的命名空间之下，从而避免产生命名冲突。

当我们在函数内部定义一个变量时，该变量的命名空间是该函数本身。在函数内部嵌套函数时，内部函数也可以访问其外部函数的命名空间。这种现象称为作用域嵌套或者作用域捕获。

装饰器的实现依赖基本的Python语法和语义：

Python中函数可以嵌套定义，且可以将函数存储在变量中，传递函数等;

Python中的函数可以作为参数传递，可以作为其他函数的返回值;

在Python中函数的作用域嵌套规则遵循LEGB规则。

而装饰器的常见形式也非常简单：定义一个闭包函数，该函数在内部定义了一个装饰函数，并返回该装饰函数:


def profiler(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        elapsed = time.time() - start
        print(f"Elapsed time: {elapsed: .4f}")
        return result
    return wrapper

装饰器的应用一般形式如下：


@profiler
def fib(n):
    return 1 if n <= 1 else fib(n-1) + fib(n-2)

这样，我们就成功将闭包和装饰器这两个概念在Python中实现了。在实际编程中，我们可以根据具体场景和需求，选择使用适当的技术来解决问题、提高代码效率和可维护性。

Python闭包及装饰器运行原理解析