Python中闭包函数——定义、使用与示例

在Python中，闭包函数（closure function）是一种特殊的函数形式，它可以访问并操作在其定义时已经存在的外部变量。这些外部变量对于闭包函数是非局部的，即使在外部函数执行完成后，闭包函数仍然可以使用外部变量。在本文中，我们将介绍闭包函数的定义、使用和示例。

定义：

闭包函数通过函数嵌套的形式定义，内部函数可以访问外部函数的变量，而外部函数的返回值通常是内部函数。下面是一个闭包函数的示例：

def outer_function(x):
    def inner_function(y):
        return x + y
    return inner_function

closure = outer_function(10)
result = closure(5)
print(result)  # 15

在上面的示例中，outer_function 定义了一个变量 x 并返回了一个内部函数 inner_function。这个内部函数可以访问 x 变量，也可以返回一个值。然后，我们将 outer_function 的返回值赋值给一个变量 closure，然后调用 closure 函数，将 5 作为参数传递给它。因为 closure 函数是内部函数 inner_function 的引用，所以它可以访问 outer_function 作用域中的变量 x，并使用它来计算 x + y 的值，最后返回 15。

使用：

闭包函数有很多用途。其中最常见的用途是在函数内部定义一个函数来封装一些操作，以保护外部变量不被误操作或访问。另一个常见的用途是将函数作为参数传递给其他函数，或者将函数作为返回值返回给其他函数。例如：

def adder(x):
    def inner(y):
        return x + y
    return inner

add5 = adder(5)
add10 = adder(10)
print(add5(3))  # 8
print(add10(7))  # 17

在这个示例中，adder 函数返回一个内部函数 inner，它可以访问 adder 函数参数 x 的值。我们将 adder 函数的返回值分别赋值给 add5 和 add10 变量，这些变量都是内部函数的引用。因此，调用 add5(3) 将返回 5 + 3 的值，调用 add10(7) 将返回 10 + 7 的值。

示例：

下面是一个使用闭包函数计算移动平均值的示例：

def moving_avg():
    nums = []
    def inner(num):
        nums.append(num)
        return sum(nums) / len(nums)
    return inner

ma = moving_avg()
print(ma(10))  # 10.0
print(ma(20))  # 15.0
print(ma(30))  # 20.0

在这个示例中，moving_avg 函数返回一个内部函数 inner，它可以控制上一个计算的移动平均数并用新数值更新平均数。在调用 ma 函数时，我们传递了三个值 10、20 和 30。每次调用 ma 函数时，inner 函数会将当前值添加到 nums 列表中，然后计算 nums 中所有值的平均值并返回。因此， 次调用 ma 函数时，平均值为 10.0，第二次调用时平均值为 15.0，第三次调用时平均值为 20.0。

结论：

闭包函数是Python中的一个非常强大的编程工具，它提供了一种控制外部变量的方式，可以统计变量状态，并且可以像处理其他函数一样处理它们。当你需要操作外部变量时，但又不想将它们作为全局变量时，使用闭包函数是非常有用的。在函数式编程范式中，闭包函数起着至关重要的作用，可以非常容易地实现高阶函数。