返回函数

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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。

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。

注意

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。

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：

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。

提示

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。

利用闭包返回一个计数器函数，每次调用它返回递增整数：

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!')