Python中的闭包函数和装饰器的应用场景

闭包函数和装饰器是Python中非常重要的特性，它们的应用场景也非常广泛。

首先来说闭包函数，在Python中闭包函数是指在一个函数内部定义了另一个函数，并且这个内部函数可以访问外部函数的作用域。闭包函数通常用来保存一些状态信息，可以实现数据的持久化。

一个常见的闭包函数的应用场景是计数器。假设我们需要统计一个函数被调用的次数，可以定义一个闭包函数来实现：

def counter():
    count = 0

    def inner():
        nonlocal count
        count += 1
        print("函数被调用了 {} 次".format(count))

    return inner

c = counter()
c()  # 输出：函数被调用了 1 次
c()  # 输出：函数被调用了 2 次

在这个例子中，counter函数返回了一个内部函数inner，内部函数inner声明了一个nonlocal变量count，用来记录函数被调用的次数。每次调用返回的内部函数inner，都会更新count并打印出最新的调用次数。

另一个常见的闭包函数的应用场景是实现一个缓存功能，可以在函数调用的时候，先查看是否已经计算过结果，如果是直接返回计算结果，如果不是再进行计算并缓存。

def memoize(func):
    cache = {}

    def inner(n):
        if n not in cache:
            cache[n] = func(n)
        return cache[n]

    return inner

@memoize
def fibonacci(n):
    if n <= 1:
        return n
    return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)

print(fibonacci(10))  # 输出：55
print(fibonacci(20))  # 输出：6765

在这个例子中，我们定义了一个memoize闭包函数，它接受一个函数作为参数，并返回一个新的函数inner。内部函数inner用一个字典来保存已经计算过的结果，如果某个值n不在缓存中，就调用传入的函数func来计算，并将结果保存到缓存中，然后再返回结果。

接下来我们来说装饰器，在Python中装饰器是一种用来修饰函数的函数，它可以在不修改被修饰函数源代码的情况下，添加一些额外的功能或者修改函数的行为。

一个常见的装饰器的应用场景是用来记录函数执行时间的装饰器：

import time

def timer(func):
    def inner(*args, **kwargs):
        start = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end = time.time()
        print("函数执行时间：{} 秒".format(end - start))
        return result

    return inner

@timer
def slow_function():
    time.sleep(2)

slow_function()  # 输出：函数执行时间：2.00012345678 秒

在这个例子中，我们定义了一个timer装饰器，它接受一个函数作为参数，并返回一个新的函数inner。内部函数inner使用time模块来记录函数执行的起始时间和结束时间，并计算出时间差，最后打印出函数执行的时间。

另一个常见的装饰器的应用场景是用来检查函数参数类型的装饰器。有时候我们希望确保函数的参数是合法的，可以使用装饰器来检查参数类型。

def type_check(arg_type):
    def decorator(func):
        def inner(arg):
            if isinstance(arg, arg_type):
                return func(arg)
            else:
                raise TypeError("参数类型错误")

        return inner
    
    return decorator

@type_check(int)
def double(n):
    return n * 2

print(double(3))  # 输出：6
print(double("hello"))  # 抛出异常：TypeError: 参数类型错误

在这个例子中，我们定义了一个type_check装饰器，它接受一个参数类型作为参数，并返回一个新的装饰器decorator，decorator接受一个函数作为参数，并返回一个新的函数inner。内部函数inner接受一个参数arg，首先检查arg的类型是否与传入的参数类型arg_type相匹配，如果是就调用原函数func，否则就抛出参数类型错误的异常。

以上是闭包函数和装饰器的两个常见应用场景，在实际开发中还有很多其他的应用场景，闭包函数和装饰器的特性使得Python代码更加灵活和可扩展。