Python的返回函数——函数作为返回值 和 闭包

返回函数

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。

例如：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):  # calc ['kælk] 计算; calculate
    ax = 0
    for n in args:
        ax = ax + n
    return ax
print(calc_sum(1, 3, 5, 7, 9))

# 或者
def calc_sum(lst):
    return sum(lst)  # sum(iterable, start=0, /)
print(calc_sum([1, 3, 5, 7, 9]))
           

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，即返回函数可以把一些计算延迟执行：

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)
print(f)
# 输出结果
<function lazy_sum.<locals>.sum at 0x00000227705EC268>
           

调用函数 f 时，才真正计算求和的结果：

print(f())
#输出结果
25
           

注：(1) 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。

(2) 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)

print(f1 == f2)

#输出结果

False

实例1.  请编写一个函数calc_prod(lst)，它接收一个list，返回一个函数，返回函数可以计算参数的乘积。

from functools import reduce #从functools模块引入reduce()函数
def calc_prod(lst): # product 乘积；产品
    def lazy_prod():
        def f(x,y):
            return x * y
        return reduce(f, lst)
    return lazy_prod
f = calc_prod([1, 2, 3, 4])
print (f())
#输出结果
24
           

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：

# why f1(), f2(), f3() returns 9, 9, 9 rather than 1, 4, 9?
def count():
    fs = []
    for i in range(1, 4):
        def f():
             return i * i
        fs.append(f)
    return fs

f1, f2, f3 = count()  # count()执行了函数，函数返回了fs,fs是一个由三个函数组成的列表，即
print(f1)             # fs = [f(i),f(i),f(i)]，这个时候的f1，f2，f3只是作为变量给这些函
print(f2)             # 数一个名字而已。
print(f3)
#输出结果
<function count.<locals>.f at 0x0000024878ECC268>
<function count.<locals>.f at 0x0000024878ECC268>
<function count.<locals>.f at 0x0000024878ECC268>
print(f1())
print(f2())
print(f3())
#输出结果
9
9
9
           

注：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。

总结：返回闭包时牢记的一点就是：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：

# fix:
def count():
    fs = []
    def f(n):
        def j():
            return n * n
        return j
    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

f1, f2, f3 = count()

print(f1)  
print(f2)
print(f3)
#输出结果
<function count.<locals>.f.<locals>.j at 0x0000029404F48E18>
<function count.<locals>.f.<locals>.j at 0x0000029404F48EA0>
<function count.<locals>.f.<locals>.j at 0x0000029404F48F28>

print(f1())
print(f2())
print(f3())
#输出结果
1
4
9
           

注：缺点是代码较长，可利用 lambda 函数缩短代码。（待完成）