閉包(closure)是函數(shù)式編程的重要的語法結構。函數(shù)式編程是一種編程范式 (而面向過程編程和面向對象編程也都是編程范式)。

• 在面向過程編程中，我們見到過函數(shù)(function)；
• 在面向對象編程中，我們見過對象(object)。

函數(shù)和對象的根本目的是以某種邏輯方式組織代碼，并提高代碼的可重復使用性(reusability)。閉包也是一種組織代碼的結構，它同樣提高了代碼的可重復使用性。

不同的語言實現(xiàn)閉包的方式不同。Python以函數(shù)對象為基礎，為閉包這一語法結構提供支持的。Python一切皆對象，函數(shù)這一語法結構也是一個對象。在函數(shù)對象中，我們像使用一個普通對象一樣使用函數(shù)對象，比如更改函數(shù)對象的名字，或者將函數(shù)對象作為參數(shù)進行傳遞。

函數(shù)對象的作用域

和其他對象一樣，函數(shù)對象也有其存活的范圍，也就是函數(shù)對象的作用域。函數(shù)對象是使用def語句定義的，函數(shù)對象的作用域與def所在的層級相同。比如下面代碼，我們在line_conf函數(shù)的隸屬范圍內定義的函數(shù)line，就只能在line_conf的隸屬范圍內調用。

def line_conf():
    def line(x):
        return 2*x+1
    print(line(5))   # within the scope

line_conf()
print(line(5))       # out of the scope

line函數(shù)定義了一條直線(y = 2x + 1)。可以看到，在line_conf()中可以調用line函數(shù)，而在作用域之外調用line將會有下面的錯誤： NameError: name ‘line’ is not defined

閉包

函數(shù)是一個對象，所以可以作為某個函數(shù)的返回結果。

def line_conf():
    def line(x):
        return 2*x+1
    return line       # return a function object

my_line = line_conf()
print(my_line(5))

上面的代碼可以成功運行。line_conf的返回結果被賦給line對象。上面的代碼將打印11。如果line()的定義中引用了外部的變量，會發(fā)生什么呢？

def line_conf():
    b = 15
    def line(x):
        return 2*x+b
    return line       # return a function object

b = 5
my_line = line_conf()
print(my_line(5))

我們可以看到，line定義的隸屬程序塊中引用了外層變量b，b信息存在于line的定義之外。我們稱b為line的環(huán)境變量。事實上，line作為line_conf的返回值時，line中已經(jīng)包括b的取值(盡管b并不隸屬于line)。

上面的代碼將打印25，也就是說，line所參照的b值是函數(shù)對象定義時可供參考的b值，而不是使用時的b值。

一個函數(shù)和它的環(huán)境變量合在一起，就構成了一個閉包(closure)。在Python中，所謂的閉包是一個包含有環(huán)境變量取值的函數(shù)對象。環(huán)境變量取值被保存在函數(shù)對象的__closure__屬性中。比如下面的代碼：

def line_conf():
    b = 15
    def line(x):
        return 2*x+b
    return line       # return a function object

b = 5
my_line = line_conf()
print(my_line.__closure__)
print(my_line.__closure__[0].cell_contents)

__closure__里包含了一個元組(tuple)。這個元組中的每個元素是cell類型的對象。我們看到第一個cell包含的就是整數(shù)15，也就是我們創(chuàng)建閉包時的環(huán)境變量b的取值。

例子

def line_conf(a, b):
    def line(x):
        return ax + b
    return line

line1 = line_conf(1, 1)
line2 = line_conf(4, 5)
print(line1(5), line2(5))

這個例子中，函數(shù)line與環(huán)境變量a,b構成閉包。環(huán)境變量由外層函數(shù)給出。在創(chuàng)建閉包的時候，我們通過line_conf的參數(shù)a,b給出了這兩個環(huán)境變量的取值，這樣，我們就確定了函數(shù)的最終形式(y = x + 1和y = 4x + 5)。我們只需要變換參數(shù)a,b，就可以獲得不同的直線表達函數(shù)。由此，我們可以看到，閉包也具有提高代碼可復用性的作用。

如果沒有閉包，我們需要每次創(chuàng)建直線函數(shù)的時候同時說明a,b,x。這樣，我們就需要更多的參數(shù)傳遞，也減少了代碼的可移植性。利用閉包，我們實際上創(chuàng)建了泛函。line函數(shù)定義一種廣泛意義的函數(shù)。這個函數(shù)的一些方面已經(jīng)確定(必須是直線)，但另一些方面(比如a和b參數(shù)待定)。隨后，我們根據(jù)line_conf傳遞來的參數(shù)，通過閉包的形式，將最終函數(shù)確定下來。