Python中的嵌套函数如何工作？

Question

def maker(n):
    def action(x):
        return x ** n
    return action

f = maker(2)
print(f)
print(f(3))
print(f(4))

g = maker(3)
print(g(3))

print(f(3)) # still remembers 2

为什么嵌套的函数在 maker() 返回并退出后，仍然能记住最初的值 2，当 action() 被调用时？

Answer 1

你定义了两个函数。当你调用

f = maker(2)

时，你实际上是在定义一个返回数字两倍的函数，所以

f(2) --> 4
f(3) --> 6

接着，你又定义了另一个不同的函数

g = maker(3)

这个函数返回数字的三倍

g(3) ---> 9

但是它们是两个不同的函数，并不是同一个函数。每个函数都是独立的。即使在函数'maker'内部，它们的名字是一样的，但它们并不是同一个函数。每次你调用maker()时，实际上是在定义一个新的函数。这就像是一个局部变量，每次调用这个函数时，虽然名字相同，但可以包含不同的值。在这个例子中，变量'action'包含了一个函数（而且这个函数可能是不同的）。

Answer 2

你实际上是在创建一个闭包。

在计算机科学中，闭包是一个特殊的函数，它可以使用一些在外部定义的变量。这些变量在闭包创建时就被绑定在了它的环境中。我们说这个函数“封闭”了它所使用的外部变量。

相关阅读：闭包：它们为什么这么有用？

闭包其实就是一种更方便的方式，让一个函数可以访问到它外部的状态。

来自http://docs.python.org/reference/compound_stmts.html：

程序员注意：函数是第一类对象。在一个函数定义内部执行的'def'形式会定义一个局部函数，这个函数可以被返回或传递。嵌套函数中使用的自由变量可以访问包含这个'def'的函数的局部变量。有关详细信息，请参见命名和绑定部分。

Answer 3

你可以把它理解为，父函数里的所有变量在子函数中都被替换成了它们的实际值。这样，子函数就不需要去关注父函数的范围，就能正常运行。

可以把它看作是“动态创建一个函数”。

def maker(n):
  def action(x):
    return x ** n
  return action

f = maker(2)
--> def action(x):
-->   return x ** 2

这是Python的基本行为，它在多个赋值时也会这样做。

a = 1
b = 2
a, b = b, a

Python是这样理解的：

a, b = 2, 1

它基本上是在对这些值进行任何操作之前，先把它们插入进去。