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python閉包原理

發布時間:2023-07-18 13:39:34

A. python中什麼是閉包

閉包就是能夠讀取其他函數內部變數的函數。例如在javascript中,只有函數內部的子函數才能讀取局部變數,所以閉包可以理解成「定義在一個函數內部的函數「。在本質上,閉包是將函數內部和函數外部連接起來的橋梁。
閉包包含自由(未綁定到特定對象)變數,這些變數不是在這個代碼塊內或者任何全局上下文中定義的,而是在定義代碼塊的環境中定義(局部變數)。「閉包」 一詞來源於以下兩者的結合:要執行的代碼塊(由於自由變數被包含在代碼塊中,這些自由變數以及它們引用的對象沒有被釋放)和為自由變數提供綁定的計算環境(作用域)。在PHP、Scala、Scheme、Common Lisp、Smalltalk、Groovy、JavaScript、Ruby、 Python、Go、Lua、objective c、swift 以及Java(Java8及以上)等語言中都能找到對閉包不同程度的支持。

B. Python閉包和裝飾器

由於裝飾器的本質跟閉包關系很大,所以在看裝飾器之前先看閉包是什麼。

一句話總結閉包:一個返回值是函數的函數
怎麼理解呢?
在一個外函數中定義了一個內函數,內函數里運用了外函數的臨時變數,並且外函數的返回值是內函數的引用。這樣就構成了一個閉包。
一般情況下,在我們認知當中,如果一個函數結束,函數的內部所有東西都會釋放掉,還給內存,局部變數都會消失。但是閉包是一種特殊情況,如果外函數在結束的時候發現有自己的臨時變數將來會在內部函數中用到,就把這個臨時變數綁定給了內部函數,然後自己再結束。

由於Python的一切皆對象的原因,才有了現在的操作哈哈哈。
以下是我個人的理解:
裝飾器是一個閉包,然後使用裝飾器的函數作為閉包的參數傳輸給閉包的內函數,使用裝飾器,就不需要跟閉包一樣去調用閉包函數再運行內函數,直接調用裝飾器的函數就可以實現這一步,由於傳給裝飾器的參數是函數,所以相當於可以裝飾器是修改他人函數內容的函數,因為傳進去被裝飾的函數,所以最後閉包里的函數會有所被該函數一些數據代替。

假如我們傳兩個參數進去

假如我們傳兩個參數進去 但是如果傳多個參數呢,不能一直這樣子變數吧,要通用一點,所以python有一個*args接受多個參數。

但是如果帶keyword的參數怎麼辦呢?
python有一個**kargs接受多個參數 **代表兩個元素,約定俗成的,所以可以這樣子去記住。

日積月累,厚積薄發,循序漸進。

C. python閉包問題求解

因為python具有late binding的機制——閉包中內部函數的值只有在被調用時才會確定,等到f1,f2,f3調用時,此時閉包中f()函數的i已經等於3了,於是所有結果等於9.

如果想得到你要的結果,就得提前把i作為參數傳入,把原先的def f():所在行修改為def f(i=i)即可,其中等號左邊的i是形參,等號右邊的i是for in 循環中對應的i

defcount():
fs=[]
foriinrange(1,4):
deff(i=i):
returni**2
fs.append(f)
returnfs

f1,f2,f3=count()

print(f1())
print(f2())
print(f3())

輸出

1
4
9

D. ue5python原理

Python先把代碼(.py文件)編譯成位元組碼,交給位元組碼虛擬機,然後解釋器一條一條執行位元組碼指令,從而完成程序的執行。

1.1python先把代碼(.py文件)編譯成位元組碼,交給位元組碼虛擬機,然後解釋器會從編譯得到的PyCodeObject對象中一條一條執行位元組碼指令,
並在當前的上下文環境中執行這條位元組碼指令,從而完成程序的執行。Python解釋器實際上是在模擬操作中執行文件的過程。PyCodeObject對象
中包含了位元組碼指令以及程序的所有靜態信息,但沒有包含程序運行時的動態信息——執行環境(PyFrameObject)

2. 位元組碼
位元組碼在python解釋器程序里對應的是PyCodeObject對象
.pyc文件是位元組碼在磁碟上的表現形式

2.1從整體上看:OS中執行程序離不開兩個概念:進程和線程。python中模擬了這兩個概念,模擬進程和線程的分別是PyInterpreterState和
PyTreadState。即:每個PyThreadState都對應著一個幀棧,python解釋器在多個線程上切換。當python解釋器開始執行時,它會先進行一
些初始化操作,最後進入PyEval_EvalFramEx函數,它的作用是不斷讀取編譯好的位元組碼,並一條一條執行,類似CPU執行指令的過程。函數內部
主要是一個switch結構,根據位元組碼的不同執行不同的代碼。

3. .pyc文件
PyCodeObject對象的創建時機是模塊載入的時候,及import
Python test.py會對test.py進行編譯成位元組碼並解釋執行,但是不會生成test.pyc
如果test.py載入了其他模塊,如import urlib2, Python會對urlib2.py進行編譯成位元組碼,生成urlib2.pyc,然後對位元組碼進行解釋
如果想生成test.pyc,我們可以使用Python內置模塊py_compile來編譯。
載入模塊時,如果同時存在.py和pyc,Python會嘗試使用.pyc,如果.pyc的編譯時間早於.py的修改時間,則重新編譯.py並更新.pyc。

4. PyCodeObject
Python代碼的編譯結果就是PyCodeObject對象

typedef struct {
PyObject_HEAD
int co_argcount; /* 位置參數個數 */
int co_nlocals; /* 局部變數個數 */
int co_stacksize; /* 棧大小 */
int co_flags;
PyObject *co_code; /* 位元組碼指令序列 */
PyObject *co_consts; /* 所有常量集合 */
PyObject *co_names; /* 所有符號名稱集合 */
PyObject *co_varnames; /* 局部變數名稱集合 */
PyObject *co_freevars; /* 閉包用的的變數名集合 */
PyObject *co_cellvars; /* 內部嵌套函數引用的變數名集合 */
/* The rest doesn』t count for hash/cmp */
PyObject *co_filename; /* 代碼所在文件名 */
PyObject *co_name; /* 模塊名|函數名|類名 */
int co_firstlineno; /* 代碼塊在文件中的起始行號 */
PyObject *co_lnotab; /* 位元組碼指令和行號的對應關系 */
void *co_zombieframe; /* for optimization only (see frameobject.c) */
} PyCodeObject;

5. .pyc文件格式
載入模塊時,模塊對應的PyCodeObject對象被寫入.pyc文件

6.分析位元組碼

6.1解析PyCodeObject
Python提供了內置函數compile可以編譯python代碼和查看PyCodeObject對象

6.2指令序列co_code的格式

opcode oparg opcode opcode oparg …
1 byte 2 bytes 1 byte 1 byte 2 bytes
Python內置的dis模塊可以解析co_code

7. 執行位元組碼
Python解釋器的原理就是模擬可執行程序再X86機器上的運行,X86的運行時棧幀如下圖

Python解釋器的原理就是模擬上述行為。當發生函數調用時,創建新的棧幀,對應Python的實現就是PyFrameObject對象。
PyFrameObject對象創建程序運行時的動態信息,即執行環境

7.1 PyFrameObject

typedef struct _frame{
PyObject_VAR_HEAD //"運行時棧"的大小是不確定的
struct _frame *f_back; //執行環境鏈上的前一個frame,很多個PyFrameObject連接起來形成執行環境鏈表
PyCodeObject *f_code; //PyCodeObject 對象,這個frame就是這個PyCodeObject對象的上下文環境
PyObject *f_builtins; //builtin名字空間
PyObject *f_globals; //global名字空間
PyObject *f_locals; //local名字空間
PyObject **f_valuestack; //"運行時棧"的棧底位置
PyObject **f_stacktop; //"運行時棧"的棧頂位置
//...
int f_lasti; //上一條位元組碼指令在f_code中的偏移位置
int f_lineno; //當前位元組碼對應的源代碼行
//...

//動態內存,維護(局部變數+cell對象集合+free對象集合+運行時棧)所需要的空間
PyObject *f_localsplus[1];
} PyFrameObject;

每一個 PyFrameObject對象都維護了一個 PyCodeObject對象,這表明每一個 PyFrameObject中的動態內存空間對象都和源代碼中的一段Code相對應。

E. 閉包的實質是什麼

閉包就是能夠讀取其他函數內部變數的函數。例如在javascript中,只有函數內部的子函數才能讀取局部變數,所以閉包可以理解成「定義在一個函數內部的函數「。在本質上,閉包是將函數內部和函數外部連接起來的橋梁。
集合 S 是閉集當且僅當 Cl(S)=S(這里的cl即closure,閉包)。特別的,空集的閉包是空集,X 的閉包是 X。集合的交集的閉包總是集合的閉包的交集的子集(不一定是真子集)。有限多個集合的並集的閉包和這些集合的閉包的並集相等;零個集合的並集為空集,所以這個命題包含了前面的空集的閉包的特殊情況。無限多個集合的並集的閉包不一定等於這些集合的閉包的並集,但前者一定是後者的父集。
若 A 為包含 S 的 X 的子空間,則 S 在 A 中計算得到的閉包等於 A 和 S 在 X 中計算得到的閉包(Cl_A(S) = A ∩ Cl_X(S))的交集。特別的,S在 A 中是稠密的,當且僅當 A 是 Cl_X(S) 的子集。

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