Python高级函数：闭包、装饰器和生成器

在Python中，闭包、装饰器和生成器被视为高级函数。这些函数提供了一种更高效、更清晰的方式来处理复杂的问题。

1. 闭包

闭包是函数和其相关的引用环境的组合。在Python中，如果一个函数定义在另一个函数内部，那么这个函数就可以访问外部函数的变量，这就是闭包。闭包可以存储外部函数的变量并使用这些变量，即使外部函数已经执行完毕。这使得闭包非常有用。

比如，我们可以定义一个函数，返回一个闭包，闭包可以保存调用该函数的参数：

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

f = outer(10)
print(f(5)) # 输出15

上面的例子中，我们使用outer函数创建了一个闭包inner。inner函数可以访问outer函数的变量x，并将其与传递给inner函数的参数相加。当我们调用outer(10)时，它返回闭包inner，我们可以像调用普通函数一样使用inner函数，但它会记住x = 10。

2. 装饰器

装饰器是一个可以修改函数、类或其他对象的函数或类。装饰器可以使原始函数或类更简单、更优雅，同时它们可以添加功能而不需要修改原始对象本身。

例如，我们可以创建一个用于计时函数执行时间的装饰器：

import time

def timer(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end = time.time()
        print('函数执行时间:', end - start)
        return result
    return wrapper

@timer
def my_func(n):
    return sum([i for i in range(n)])

print(my_func(10000000)) # 输出49999995000000和函数执行时间

在上面的例子中，我们定义了一个timer装饰器，它将计算被装饰函数my_func的执行时间。我们使用@timer将my_func装饰器，这意味着它将被timer装饰器所修改。当我们每次调用my_func时，它都会计算执行时间，并将结果打印出来。

3. 生成器

生成器是一种可迭代的对象，可以一次生成一个值。生成器通常用于处理大量数据或需要逐步生成值的情况，以避免内存问题。

比如，我们可以创建一个简单的生成器，将所有大于10的数字平方：

def squares(n):
    for i in range(n):
        if i > 10:
            yield i**2

for square in squares(20):
    print(square) # 输出121, 144, 169, 196，分别是11^2, 12^2, 13^2, 14^2

在上面的例子中，我们使用yield关键字创建一个生成器，它将所有大于10的数字平方。当我们使用for square in squares(20)循环生成器时，它将一次生成一个平方数，然后输出该平方数。

总结

闭包、装饰器和生成器是Python中高级函数的三个示例。闭包允许使用内部函数访问外部函数的变量，以创建可重用的组件。装饰器允许添加功能或修改对象而不需要修改原始对象本身。生成器允许一次生成一个值，以便逐步处理大量数据。这些高级函数可以大大简化复杂的代码，提高Python程序的效率。