Python进阶03-闭包和装饰器

news2024/11/24 15:24:05

零、文章目录

Python进阶03-闭包和装饰器

1、作用域

（1）作用域
  • 在Python代码中，作用域分为两种情况：
    • 全局作用域
    • 局部作用域
（2）变量的作用域
  • 随着函数的出现，作用域被划分为两种

    • 在全局定义的变量 => 全局变量

    • 在局部定义的变量 => 局部变量

（3）变量的访问范围

  • 全局变量的访问范围：

    • ① 在全局作用域中可以正常访问全局变量
    • ② 在局部作用域中也可以正常访问全局变量

  • 局部变量的访问范围：

    • ① 在局部作用域中可以正常访问局部变量
    • ② 在全局作用域中无法正常访问局部变量

  • 代码演示

    • 在全局作用域中可以访问全局变量，在局部作用域中可以访问局部变量
    # 全局作用域（全局变量）
num1 = 10
def func():
    # 局部作用域（局部变量）
    num2 = 20
    # ① 在局部访问局部变量
    print(num2)

# ① 在全局访问全局变量
print(num1)
# 调用函数
func()
    • ② 在局部作用域中可以访问全局变量
    # 全局作用域（全局变量）
num1 = 10
def func():
    # 局部作用域（局部变量）
    # ② 在局部作用域中可以访问全局变量
    print(num1)

# 调用函数
func()
    • ③ 在全局作用域中不能访问局部变量
    # 全局作用域（全局变量）
num1 = 10
def func():
    # 局部作用域（局部变量）
    num2 = 20

# 调用函数
func()
# 在全局作用域中调用局部变量num2
print(num2)

    image-20240817154149761

2、闭包

（1）闭包的定义

  • 为什么在全局作用域中无法访问局部变量？

    • 主要原因在于，在Python的底层存在一个“垃圾回收机制”，作用就是回收内存空间，加快计算机的运行。我们在Python代码中定义的变量也是需要占用内存的，所以Python为了回收已经被已经过的内存，会自动将函数运行以后的内部变量和程序直接回收。

  • 我们有没有办法把函数内部的局部变量保留？

    • 使用闭包，闭包定义：在函数嵌套的前提下，内部函数使用了外部函数的变量，并且外部函数返回了内部函数的地址，我们把这个使用外部函数变量的内部函数称为闭包。
（2）闭包的构成条件
  • 闭包的构成条件
    • ① 在函数嵌套(函数里面再定义函数)的前提下
    • ② 内部函数使用了外部函数的变量(还包括外部函数的参数)
    • ③ 外部函数返回了内部函数
  • 注意点：由于闭包引用了外部函数的变量，则外部函数的变量没有及时释放，消耗内存。
'''
问题：我们在函数执行完毕后，能不能把函数内部的局部变量保存内存空间中？
答：可以使用闭包来实现这个操作
问题：如何把官方的闭包掌握下来？闭包三步走
答：① 有嵌套 ② 有引用 ③ 有返回
闭包两个方面：① 遇到闭包案例，知道如何解题 ② 能使用闭包编写Python装饰器
'''
def outer():
    num2 = 100  # 默认计数器为0 => +1 => 1
    def inner():
        print(num2)
    return inner

fn = outer()  # 把outer函数执行结果赋值给全局变量fn
fn()          # 找到inner函数，然后执行其内部的代码 => inner => num2 => 100
  • 函数在内存中的存储形式
'''
有一个函数，比如叫def outer():
到底print(outer)和打印print(outer())到底有什么区别？
'''
def outer():
    return 100

print(outer())  # outer()真正含义：找到outer函数在内存中的地址并立即执行其内部的代码
print(outer)    # 只返回outer指向的内存地址，但是其内部的代码并没有执行
（3）修改闭包内的外部变量
  • global ：声明全局变量，代表从这行代码开始，使用的变量都是全局中的变量
'''
global ：声明全局变量，代表从这行代码开始，使用的变量都是全局中的变量
'''
num = 10
def func():
    # 尝试在局部作用域中修改全局变量
    global num
    num = 100

func()
print(num)
  • nonlocal ：声明离它最近的外层的局部变量
'''
nonlocal ：声明离它最近的外层的局部变量
'''
def outer():
    # 局部变量
    num = 10
    def inner():
        nonlocal num
        num = 100
    inner()
    print(num)  # 100

outer()
（4）闭包综合案例
'''
闭包编写三步走：① 有嵌套 ② 有引用 ③ 有返回
分析：
执行f = func()的时候，result赋值为0，然后定义inner，返回inner，最终结果f = inner函数的内存地址
执行f(1)，相当于执行inner函数，nonlocal引用局部变量result=0，然后进行+1操作，弹出0+1=1
继续执行
执行f(2)，相当于执行inner函数，声明nonlocal result，代表还是引用外部的局部变量，由于此时外部的result已经被
f(1)更改为1了，所以由于局部变量一直没有消失，所以此时result=1，执行+2操作，最终结果为3
'''
def func():
    result = 0
    def inner(num):
        nonlocal result
        result += num
        print(result)
    return inner

f = func()
f(1)  # 1
f(2)  # 3

3、装饰器

（1）什么是装饰器

  • 装饰器：在不改变现有函数源代码以及函数调用方式的前提下，实现给函数增加额外的功能。

  • 装饰器的本质：就是一个闭包函数（三步：① 有嵌套 ② 有引用 ③ 有返回）

（2）装饰器代码实现原理
# 要求：把登录功能封装起来（比如封装成一个函数，添加这个登录不能影响现有功能函数）
'''
装饰器：本质是一个闭包，有嵌套、有引用、有返回（返回的是函数的内存地址）
参数fn在check中也是一个局部变量
参数fn：就是要装饰的函数的函数名，如comment，如download
'''
def check(fn):
    def inner():
        # 开发登录功能
        print('登录功能')
        # 调用原函数
        fn()
    return inner

# 评论功能（前提：登录）
def comment():
    print('评论功能')

comment = check(comment)
comment()

# 下载功能（前提：登录）
def download():
    print('下载功能')

download = check(download)
download()
（3）装饰器定义
'''
装饰器：本质就是一个闭包 ① 有嵌套 ② 有引用 ③ 有返回
'''
def check(fn):
    
    def inner():
        # 开发登录验证功能
        print('验证登录')
        # 执行原有函数
        fn()
    return inner

@check
def comment():
    print('发表评论')

comment()
（4）装饰器案例：获取程序的执行时间
'''
定义获取程序的执行时间装饰器 => 闭包（① 有嵌套 ② 有引用 ③ 有返回）
'''
import time

def get_time(fn):
    def inner():
        # ① 添加装饰器修饰功能（获取程序的执行时间）
        begin = time.time()
        # ② 调用fn函数，执行原函数代码
        fn()
        end = time.time()
        print(f'这个函数的执行时间：{end - begin}')
    return inner


@get_time
def demo():
    for i in range(1000000):
        print(i)

demo()
（5）装饰器带参数
'''
带有参数的装饰器：① 有嵌套 ② 有引用 ③ 有返回
'''
def logging(fn):
    def inner(*args, **kwargs):
        # 添加装饰器代码（输出日志信息）
        print('-- 日志信息：正在努力计算机 --')
        # 执行要修饰的函数
        fn(*args, **kwargs)  # sum_num(a, b)
    return inner

@logging
def sum_num(*args, **kwargs):
    result = 0
    # *args代表不定长元组参数，args = (10, 20)
    for i in args:
        result += i
    # **kwargs代表不定长字典参数， kwargs = {a:30, b:40}
    for i in kwargs.values():
        result += i
    print(result)

# sum_num带4个参数，而且类型不同，10和20以元组形式传递，a=30，b=40以字典形式传递
sum_num(10, 20, a=30, b=40)
（6）装饰器带返回值
'''
带有返回值的装饰器：① 有嵌套 ② 有引用 ③ 有返回
如果一个函数执行完毕后，没有return返回值，则默认返回None
'''
def logging(fn):
    def inner(*args, **kwargs):
        print('-- 日志信息：正在努力计算 --')
        return fn(*args, **kwargs)  # fn() = sub_num(20, 10) = result
    return inner

@logging
def sub_num(a, b):
    result = a - b
    return result

print(sub_num(20, 10))
（7）装饰器通用版本
'''
通用装饰器：① 有嵌套 ② 有引用 ③ 有返回 ④ 有不定长参数 ⑤ 有return返回值
'''
def logging(fn):
    def inner(*args, **kwargs):
        # 输出装饰器功能
        print('-- 正在努力计算 --')
        # 调用fn函数
        return fn(*args, **kwargs)
    return inner


@logging
def sum_num1(a, b):
    result = a + b
    return result

print(sum_num1(20, 10))

@logging
def sum_num2(a, b, c):
    result = a + b + c
    return result

print(sum_num2(10, 20, 30))
（8）装饰器传递参数
  • 基本语法：
def 装饰器(fn):
    ...

@装饰器('参数')
def 函数():
    # 函数代码
  • 案例：根据传递参数不同，打印不同的日志信息
'''
通用装饰器：① 有嵌套 ② 有引用 ③ 有返回 ④ 有不定长参数 ⑤ 有return返回值
真正问题：通过装饰器传递参数，我们应该如何接收这个参数呢？
答：在logging方法的外侧在添加一个函数，专门用于接收传递过来的参数
'''

def logging(flag):
    # flag = + 或 flag = -
    def decorator(fn):
        def inner(*args, **kwargs):
            if flag == '+':
                print('-- 日志信息：正在努力进行加法运算 --')
            elif flag == '-':
                print('-- 日志信息：正在努力进行减法运算 --')
            return fn(*args, **kwargs)
        return inner
    return decorator

@logging('+')
def sum_num(a, b):
    result = a + b
    return result

@logging('-')
def sub_num(a, b):
    result = a - b
    return result

print(sum_num(10, 20))
print(sub_num(100, 80))
（9）类装饰器
  • 基本语法：
class 类装饰器():
    # 装饰器代码

@类装饰器名称
def 函数():
    # 函数代码
  • 案例：编写一个Check类装饰器，用于实现用户的权限验证
'''
类装饰器编写规则：
① 必须有一个__init__初始化方法，用于接收要装饰函数的函数 
② 必须把这个类转换为可以调用的函数
问题：如何把一个类当做一个装饰器函数进行调用（把类当做函数）
'''

class Check():
    def __init__(self, fn):
        # fn就是要修饰函数的名称，当Check装饰器类被调用时，系统会自动把comment函数名称传递给fn变量
        self.__fn = fn
    # __call__方法：把一个类转换为函数的形式进行调用
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        # 编写装饰器代码
        print('请先登录')
        # 调用comment函数本身
        self.__fn(*args, **kwargs)

# 编写一个函数，用于实现评论功能，底层comment = Check(comment)
@Check
def comment():
    print('评论功能')

# 调用comment函数，实现评论功能
comment()

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