1、概述
闭包是在其词法上下文中引用自由变量的函数。
>>> def foo(): ... m=3 ... n=5 ... def bar(): ... a=4 ... return m+n+a ... return bar ... >>> foo() <function bar at 0x7f9eb9549848> >>> bar=foo() >>> bar() 12
说明:
bar在foo函数的代码块中定义。bar是foo的内部函数。在bar的局部作用域中可以直接访问foo局部作用域中定义的m、n变量。这种内部函数可以使用外部函数变量的行为就叫闭包。
python中闭包表示内部函数,由一个变量指代,而这个变量对于外层包含的函数而言是本地变量。
2、code object
code object是python代码经过编译后的对象,它用来存储一些与代码有关的信息以及bytecode。
>>> code_obj = compile('sum([1,2,3])','','single') >>> >>> exec(code_obj) 6 >>> >>> dis.dis(code_obj) 1 0 LOAD_NAME 0 (sum) 3 LOAD_CONST 0 (1) 6 LOAD_CONST 1 (2) 9 LOAD_CONST 2 (3) 12 BUILD_LIST 3 15 CALL_FUNCTION 1 18 PRINT_EXPR 19 LOAD_CONST 3 (None) 22 RETURN_VALUE >>>
上述演示如何通过编译产生code object以及使用exec运行该代码,和使用dis方便地查看字节码。
3、cell object
cell对象的引入,是为了实现被多个作用域引用的变量。对每一个这样的变量,都用一个cell对象来保存其值。
拿之前的示例来说,m和n既在foo函数的作用域中被引用,又在bar函数的作用域中被引用,所以m,n引用的值,都会在一个cell对象中。
可以通过内部函数的__closure__或者func_closure特性查看cell对象
>>> bar.func_closure
(<cell at 0x7f9eb954fad0: int object at 0x6092f8>, <cell at 0x7f9eb954fb78: int object at 0x6092c8>)
这两个int型的cell分别存储了m和n的值
无论在外部函数中定义,还是在内部函数中调用,引用的指向都是cell对象。
注:内部函数无法修改cell对象中的值,如果尝试修改m的值,编译器会认为m是函数bar的局部变量,同时foo代码块中的m也会被认为是函数foo的局部变量,就会再把m认作闭包变量,两个m分别在各自的作用域下起作用。
4、闭包分析
1 >>> foo.func_code.co_code 2 'dx01x00x89x00x00dx02x00x89x01x00x87x00x00x87x01x00dx03x00x86x00x00}x00x00|x00x00S' 3 >>> code_obj=foo.func_code.co_code 4 >>> dis.dis(code_obj) 5 0 LOAD_CONST 1 (1) 6 3 STORE_DEREF 0
7 6 LOAD_CONST 2 (2) 8 9 STORE_DEREF 1
9 12 LOAD_CLOSURE 0 10 15 LOAD_CLOSURE 1 11 18 LOAD_CONST 3 (3) 12 21 MAKE_CLOSURE 0 13 24 STORE_FAST 0 (0)
14 27 LOAD_FAST 0 (0) 15 30 RETURN_VALUE
2 0 LOAD_CONST 1 (3) 3 STORE_DEREF 0 (m) 3 6 LOAD_CONST 2 (5) 9 STORE_DEREF 1 (n) 4 12 LOAD_CLOSURE 0 (m) 15 LOAD_CLOSURE 1 (n) 18 BUILD_TUPLE 2 21 LOAD_CONST 3 (<code object bar at 018D9848, file "<pyshell#1>", line 4>) 24 MAKE_CLOSURE 0 27 STORE_FAST 0 (bar) 7 30 LOAD_FAST 0 (bar) 33 RETURN_VALUE
LOAD_CONST 1 (3) :
将foo.func_code.co_consts [1]
的值"3"压入栈。
STORE_DEREF 0 (m) :
从栈顶Pop出"3"包装成cell对象存入cell与自由变量的存储区的第0槽。
将cell对象的地址信息赋给变量m(闭包变量名记录在func_code.cellvars)。
func_code.cellvars的内容为('m', 'n')
LOAD_CLOSURE 0 (m) :
将变量m的值压入栈,类似如下信息:
<cell at 0x01D572B0: int object at 0x0180D6F8>
LOAD_CLOSURE 1 (n) :
类似变量m的处理,不在累述。
当前栈区状态:
1 | <cell at 0x01D572B0: int object at 0x0180D6F8> |
2 | <cell at 0x01D86510: int object at 0x0180D6E0> |
3 | … |
BUILD_TUPLE 2 :
将栈顶的两项取出,创建元组,并将该元组压入栈。
LOAD_CONST 3 :
从foo.func_code.co_consts [3]
取出,该项为内部函数bar的code object的地址,将其压入栈
<code object bar at 018D9848, file "<pyshell#1>", line 4>
栈区状态:
1 | <code object bar at 018D9848, file "<pyshell#1>", line 4> |
2 | (<cell at 0x01D572B0: int object at 0x0180D6F8>, <cell at 0x01D86510: int object at 0x0180D6E0>) |
3 | … |
MAKE_CLOSURE 0 :
创建一个函数对象,将位于栈顶的code object(bar函数的code)地址信息赋
给该函数对象的func_code特性;
将栈顶第二项(包含cell对象地址的元组)赋给该函数对象的func_closure特性;
最后将该函数对象地址信息压入栈。
STORE_FAST 0 (bar) :
从栈顶取出之前创建的函数对象的地址信息赋给局部变量bar(局部变量名记录在func_code.co_varnames中)
func_code.co_varnames的内容为('bar',)
将变量bar(记录在func_code.cellvars [0]
)绑定栈顶的函数对象地址。
LOAD_FAST 0 (bar) :
将变量bar的值压入栈。
RETURN_VALUE
返回栈顶项,print bar可以看到<function bar at 0x01D899F0>
- 再分析bar函数就简单了
5 0 LOAD_CONST 1 (4) 3 STORE_FAST 0 (a) 6 6 LOAD_DEREF 0 (m) 9 LOAD_DEREF 1 (n) 12 BINARY_ADD 13 LOAD_FAST 0 (a) 16 BINARY_ADD 17 RETURN_VALUE
重点是LOAD_DEREF,该方法主要是将cell对象中的object内容压入栈。大致过程如下:
根据变量m的值找到包装在cell内的int object的地址信息
m的值:<cell at 0x01D572B0: int object at 0x0180D6F8>
根据地址取出int值,压入栈。