python嵌套函数、闭包与decorator

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一段代码的执行结果不光取决与代码中的符号，更多地是取决于代码中符号的意义，而运行时的意义是由名字空间决定的。名字空间是在运行时由python虚拟机动态维护的，但是有时候我们希望能将名字空间静态化。即：我们希望有的代码不受名字空间变换的影响，始终保持一致的行为和结果。

这样的意义何在呢？

这就不得不说说嵌套函数了。

上面代码中，我们只设置了一次基准值。此后，在每次进行比较操作的时候，尽管调用的实际函数real_compare的local名字空间中没有base，而global名字空间中有base = 1，但是函数调用结果显示，real_compare以一种神奇的方式得知了base应该是10，而不是1。

也就是说在real_compare函数作为返回值被传递给compare_with_10的时候，有一个名字空间已经与real_compare紧紧地绑定在一起了，在执行real_compare的时候，这个名字空间又被恢复了，这就是一种将名字空间静态化的方法。

这个名字空间和函数捆绑后的结果被称为一个闭包（closure)。

比如PyFunctionObject是Python虚拟机专门为字节码指令准备的大包袱，global名字空间、默认参数都能在PyFunctionObject中与字节码指令捆绑在一起，所以PyFunctionObject也是一个Python中闭包的具体表现。

闭包是最内嵌套的一种实现。

 

不用闭包我们也能实现上面相同的功能，

上面这个就不是闭包，为什么呢？

因为最后一个print语句中传入的base=1的情况，居然能够改变基准值，这里如果是闭包的话，那就会抛出异常的。

我们利用函数默认值，居然实现了闭包的效果。

那么，闭包和默认参数的实现方式是不是相似的呢？

1.1实现闭包的基石

闭包的创建通常是利用嵌套函数来完成的。在PyCodeObject中，与嵌套函数相关的属性有co_cellvars 、co_freevars。前者是一个保存嵌套的作用域中使用的变量的集合，后者是保存使用了外层作用区域中的变量的集合，两者均为tuple。

PyFrameObject对象中，也有与闭包实现相关的属性，这就是f_localsplus,在PyFrame_New中，extras = code->co_stacksize + code->co_nlocals+ncells+ nfrees;

extras正是f_localsplus指向的那片内存的大小。

PyFunctionObject中，还有一个与闭包实现有关的属性。

 

1.2闭包实现

1.2.1创建closure

在PyCodeObject的co_cellvars中有东西，在PyEval_EvalCodeEx中，Python虚拟机就会如同处理默认参数一样，将co_cellvars中的东西拷贝到新创建的PyFrameObject的f_localsplus中。

python虚拟机先获得被内层嵌套函数引用的符号名，然后就创建一个cell对象，随后cell对象被拷贝到新创建的PyFrameObject的f_localsplus中。位置为co->co_nlocals+i,说明在f_localsplus中，cell对象的位置是在局部变量之后的。

上面总结就是：把PyCodeObject中的co_cellvars写道PyFrameObject的f_localsplus.

处理了cell对象之后，Python虚拟机进入PyEval_EvalFrameEx，从而正式开始函数调用。

从PyFrame中取得f_localsplus中的cell对象，存为freevars对象。在PyFunctionObject中，存储需要传递的内容。

2.2使用closure

闭包是在外层函数中创建，在内层函数中使用。

在将内层函数赋值给一个名字之后，例如show_value,

然后在show_vale()的时候，发现内层函数对应的PyCodeObject中的co_flags中包含了CO_NESTED,所以会进入到PyEval_EvalCodeEx.

而在内层函数对应的PyCodeObject中co_freevars里有引用外层函数中的符号名字，在PyEval_EvalCodeEx中，就会对这个co_freevars进行处理。

即在PyFunctionObject对象中与PyCodeObject对象绑定的装满了PyCellObject对象的tuple，所以这里其实偶是将PyCellObject对象一个一个地放入到f_localsplus中相应的位置。

处理完之后，PyFrameObject中就有闭包需要的元素了。

这里和调用外层函数时一致的，在内层函数调用的过程中，当引用外层作用域符号时，一定是到f_localsplus中的free变量区域中获取得到符号对应的值。

到这里我们已经讲完closure的创建到传递到使用的全过程了。

2.3 decorator

装饰器的本质其实就是闭包。

其他没啥好说的了，只是包装了一下而已。