摘要：變量查找規(guī)則在中一個變量的查找順序是局部環(huán)境，閉包，全局，內(nèi)建閉包引用了自由變量的函數(shù)。閉包的作用閉包的最大特點是可以將父函數(shù)的變量與內(nèi)部函數(shù)綁定，并返回綁定變量后的函數(shù)，此時即便生成閉包的環(huán)境父函數(shù)已經(jīng)釋放，閉包仍然存在。

導(dǎo)語：本文章記錄了本人在學(xué)習(xí)Python基礎(chǔ)之函數(shù)篇的重點知識及個人心得，打算入門Python的朋友們可以來一起學(xué)習(xí)并交流。

本文重點：

1、掌握裝飾器的本質(zhì)、功能和特點；
2、了解閉包的概念以及Python變量調(diào)用規(guī)則；
3、了解并學(xué)會使用標準庫中重要的裝飾器；
4、掌握參數(shù)化裝飾器的意義和代碼實現(xiàn)方式。

裝飾器功能(decorator)：將被裝飾的函數(shù)當作參數(shù)傳遞給與裝飾器對應(yīng)的函數(shù)（名稱相同的函數(shù)），并返回包裝后的被裝飾的函數(shù)。
裝飾器本質(zhì)：是一個返回函數(shù)的高階函數(shù)。
裝飾器特點：

1、多數(shù)裝飾器會把被裝飾的函數(shù)替換成其他函數(shù)
2、函數(shù)裝飾器在導(dǎo)入模塊時立即執(zhí)行，而被裝飾的函數(shù)只在明確調(diào)用時執(zhí)行。

裝飾器有時采用嵌套函數(shù)表示的原因（個人理解）：
一些裝飾器的裝飾功能只有在被裝飾函數(shù)被調(diào)用時方可觸發(fā)，因此需要用嵌套函數(shù)的形式來編寫。

自由變量(free variable)：指未在本地作用域綁定的變量，介于局部變量和全局變量之間。
變量查找規(guī)則：在python中, 一個變量的查找順序是 LEGB (L：Local 局部環(huán)境，E：Enclosing 閉包，G：Global 全局，B：Built-in 內(nèi)建).

閉包：引用了自由變量的函數(shù)。

閉包的作用：

閉包的最大特點是可以將父函數(shù)的變量與內(nèi)部函數(shù)綁定，并返回綁定變量后的函數(shù)，此時即便生成閉包的環(huán)境（父函數(shù)）已經(jīng)釋放，閉包仍然存在。

這個過程很像類（父函數(shù)）生成實例（閉包），不同的是父函數(shù)只在調(diào)用時執(zhí)行，執(zhí)行完畢后其環(huán)境就會釋放，而類則在文件執(zhí)行時創(chuàng)建，一般程序執(zhí)行完畢后作用域才釋放。

因此對一些需要重用的功能且不足以定義為類的行為，使用閉包會比使用類占用更少的資源，且更輕巧靈活。

nonlocal聲明：可以將局部變量聲明為自由變量。

eg:計算移動平均值的高階函數(shù)：

def averager():
    sum=0
    n=0
    def avg(i):
        nonlocal sum,n
        sum+=i
        n+=1
        return print(sum/n)
    return avg  
a=averager()
a(3)
a(5)
a(7)

輸出分別是3，4，5

Python內(nèi)置了三個用于裝飾方法的函數(shù)：property，classmethod和staticmethod
三個重要的內(nèi)置裝飾器：

functools.wraps:
(1)協(xié)助構(gòu)建行為良好的裝飾器。
(2)可以把被裝飾對象的相關(guān)屬性復(fù)制到裝飾器中，默認有 __module__、__name__、__doc__。
(3)個人理解，裝飾器在實現(xiàn)裝飾的過程中意見把被裝飾函數(shù)替換了。此時你想調(diào)用被裝飾函數(shù)的__doc__和__name__會發(fā)現(xiàn)是none，此時通過functools.wraps就可以在裝飾時把相關(guān)屬性復(fù)制過來使用，避免這個問題發(fā)生。

functools.lru_cache
(1)實現(xiàn)備忘功能，即緩存，避免發(fā)生重復(fù)調(diào)用來提高效率。
(2)注意調(diào)用時必須帶括號，因為此裝飾器包含maxsize和typed兩個參數(shù)，帶括號表示使用默認參數(shù)。否則 functools.lru_cache不清楚該如何執(zhí)行。

functools.singledispatch
為函數(shù)提供重載功能。被其裝飾的函數(shù)會成為泛函數(shù)(generic function):根據(jù)第一個參數(shù)的類型，用不同的方式執(zhí)行相同操作的一組函數(shù)。

以functools.lru_cache為例實現(xiàn)斐波那契函數(shù)的計時裝飾器:.

import time
import functools
def clock(func):
    @functools.lru_cache()#減少重復(fù)自引用，避免重復(fù)計算
    def clocked(arg):
        t0=time.perf_counter()
        func(arg)
        result=func(arg)
        t1=time.perf_counter()
        processtime=t1-t0
        name=func.__name__
        print("[{0:.8f}] {1}({2})={3}".format(processtime,name,arg,result))
        return result#非常重要，否則破壞原fibs函數(shù)導(dǎo)致無法遞歸調(diào)用。
    return clocked
 
@clock
def fibs(n):
    if n<2:
        return 1
    else:
        return fibs(n-1)+fibs(n-2)
fibs(6)#輸出8

如同函數(shù)可以嵌套使用，裝飾器亦可以疊放起來裝飾同一對象。語法如下：
@d1
@d2
def f1():
pass
上述裝飾操作等價于d1(d2(f))，故易知疊放在上端的裝飾器靠后執(zhí)行。

普通裝飾器的進階版，通過參數(shù)接口可以更方便的定制我們需要的裝飾器，適應(yīng)需求變化。
代碼實現(xiàn)較普通裝飾器多嵌套一層函數(shù)，用來傳遞用戶輸入的參數(shù)。以計時器舉例形式如下：

import time
DEFAULT_FMT = "[{elapsed:0.8f}s] {name}({args}) -> {result}"
def clock(fmt=DEFAULT_FMT): #三層函數(shù)來實現(xiàn)
    def decorate(func): 
        def clocked(*_args): 
            t0 = time.time()
            _result = func(*_args) 
            elapsed = time.time() - t0
            name = func.__name__
            args = ", ".join(repr(arg) for arg in _args) 
            result = repr(_result) 
            print(fmt.format(**locals())) 
            return _result 
        return clocked 
    return decorate 
if __name__ == "__main__":
    @clock()
    def snooze(seconds):
        time.sleep(seconds)
    for i in range(3):
        snooze(.123)

輸出：

[0.12480044s] snooze(0.123) -> None
[0.13660240s] snooze(0.123) -> None
[0.12480044s] snooze(0.123) -> None

上邊實現(xiàn)參數(shù)化裝飾器的代碼由于包含三重嵌套略顯復(fù)雜， 事實上復(fù)雜的裝飾器用 class 實現(xiàn)更方便。通過 __call__ 方法即可改寫參數(shù)化裝飾器。具體實現(xiàn)留作勤勞的你去課后思考，感興趣的可以與我私信交流。