閉包（Closure）

在計算機科學中，閉包（英語：Closure），又稱詞法閉包（Lexical Closure）或函數閉包（function closures），是引用了自由變量的函數。這個被引用的自由變量將和這個函數一同存在，即使已經離開了創造它的環境也不例外。

命名空間與作用域

我們可以把命名空間看做一個大型的字典類型（Dict），裏面包含了所有變量的名字和值的映射關系。在 Python 中，作用域實際上可以看做是“在當前上下文的位置，獲取命名空間變量的規則”。在 Python 代碼執行的任意位置，都至少存在三層嵌套的作用域：

• local 最內層作用域，最早搜索，包含所有局部變量**（Python 默認所有變量聲明均為局部變量）**
• non-local 所有包含當前上下文的外層函數的作用域，由內而外依次搜索，這裏包含的是非局部也非全局的變量
• global 一直向上搜索，直到當前模塊的全局變量
• built-in 最外層，最後搜索的，內置（built-in）變量

在任意執行位置，可以將作用域看成是對下面這樣一個命名空間的搜索：

scopes =
 {
    "local": {"locals": None,
             "non-local": {"locals": None,
                          "global": {"locals": None,
                                    "built-in": ["built-ins"]}}},
}
 

除了默認的局部變量聲明方式，Python 還有global和nonlocal兩種類型的聲明（nonlocal是Python 3.x之後才有，2.7沒有），其中 global 指定的變量直接指向(3)當前模塊的全局變量，而nonlocal則指向(2)最內層之外，global以內的變量。這裏需要強調指向（references and assignments）的原因是，普通的局部變量對最內層局部作用域之外只有**只讀(read-only)**的訪問權限，比如下面的例子：

>>>x = 100
>>def main():
    x += 1
    print
 
(x)

>>>main()
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#50>", line 1, in <module>
    main()
  File "<pyshell#49>", line 2, in main
    x += 1
UnboundLocalError: local variable ‘x‘ referenced before assignment

這裏拋出UnboundLocalError，是因為main()函數內部的作用域對於全局變量x僅有只讀權限，想要在main()中對x進行改變，不會影響全局變量，而是會創建一個新的局部變量，顯然無法對還未創建的局部變量直接使用x += 1。如果想要獲得全局變量的完全引用，則需要global聲明：

>>>x = 100
>>>def main():
    global x
    x += 1
    print(x)
    
>>>main()
print(x) # 全局變量已被改變
101

Python閉包練習

到這裏基本上已經了解了 Python 作用域的規則，我們仿照 JavaScript 寫一個計數器的閉包：

"""
/* JavaScript Closure example */
var inc = function(){  
  var x = 0;
  return function(){
    console.log(x++);
  };
};
var inc1 = inc()
var inc2 = inc()
"""

# Python 3.6
def inc():
    x = 0
    def inner():
        nonlocal x
        x += 1
        print(x)
    return inner
inc1 = inc()
inc2 = inc()

inc1()
inc1()
inc1()
inc2()
1
2
3
1

    上面的例子中，inc1()是在全局環境下執行的，雖然全局環境是不能向下獲取到inc()中的局部變量x的，但是我們返回了一個inc()內部的函數inner()，而inner()對inc()中的局部變量是有訪問權限的。也就是說inner()將inc()內的局部作用域打包送給了inc1和inc2，從而使它們各自獨立擁有了一塊封閉起來的作用域，不受全局變量或者任何其它運行環境的影響，因此稱為閉包。

閉包函數都有一個__closure__屬性，其中包含了它所引用的上層作用域中的變量：

print(inc1.__closure__[0].cell_contents)
print(inc2.__closure__[0].cell_contents)
[3]
[1]

原文出處： rainyear

參考

1. 9.2. Python Scopes and Namespaces
2. Visualize Python Execution
3. Wikipedia::Closure

Python：閉包