lambda函数闭包捕获了什么？

Question

最近我开始玩Python，发现了闭包工作的一些奇怪之处。考虑以下代码：

adders=[None, None, None, None]

for i in [0,1,2,3]:
   adders[i]=lambda a: i+a

print adders[1](3)

这段代码创建了一个简单的函数数组，每个函数接受一个输入，并返回这个输入加上一个数字。这些函数是在一个for循环中构建的，循环变量i从0到3。对于这些数字，每次都会创建一个lambda函数，它会捕获i的值，并将其加到函数的输入上。最后一行调用了第二个lambda函数，并传入3作为参数。令我惊讶的是，输出结果是6。

我原本以为结果是4。我的想法是：在Python中，一切都是对象，因此每个变量本质上都是指向对象的指针。当为i创建lambda闭包时，我以为它会存储一个指向当前i所指向的整数对象的指针。这意味着，当i被赋值为一个新的整数对象时，不应该影响之前创建的闭包。可惜的是，在调试器中检查adders数组时发现并不是这样。所有的lambda函数都引用了i的最后一个值3，这导致adders[1](3)返回6。

这让我想到了以下问题：

• 闭包到底捕获了什么？
• 有没有优雅的方法让lambda函数捕获i的当前值，以便在i改变时不受影响？

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_{如果你想要一个更易懂、实用的版本，特别是关于循环（或列表推导、生成器表达式等）的情况，可以查看 在循环中创建函数（或lambda）。这个问题主要关注理解Python代码的底层行为。}

_{如果你是为了修复Tkinter中按钮的问题而来到这里，可以查看 tkinter在for循环中创建按钮并传递命令参数，获取更具体的建议。}

_{有关Python如何实现闭包的技术细节，请查看 obj.__closure__中到底包含了什么？。有关相关术语的讨论，请查看 早绑定和晚绑定有什么区别？}

Answer 1

为了让你的第二个问题更完整，这里还有一个答案：你可以在 functools 模块中使用 partial。

按照 Chris Lutz 的建议，导入 operator 模块中的 add 后，示例代码变成了：

from functools import partial
from operator import add   # add(a, b) -- Same as a + b.

adders = [0,1,2,3]
for i in [0,1,2,3]:
    # store callable object with first argument given as (current) i
    adders[i] = partial(add, i) 

print adders[1](3)

Answer 2

你可以通过使用一个带默认值的参数来强制捕获一个变量：

>>> for i in [0,1,2,3]:
...    adders[i]=lambda a,i=i: i+a  # note the dummy parameter with a default value
...
>>> print( adders[1](3) )
4

这个想法是声明一个参数（聪明地命名为 i），并给它一个你想要捕获的变量的默认值（也就是 i 的值）

Answer 3

闭包到底捕获了什么呢？

在Python中，闭包使用的是词法作用域：它们记住了被捕获变量的名字和创建时的作用域。不过，它们仍然是晚绑定的：变量的名字是在闭包中的代码被使用时查找的，而不是在闭包创建时查找的。因为你例子中的所有函数都是在同一个作用域内创建的，并且使用了相同的变量名，所以它们总是指向同一个变量。

如果想要实现早绑定，至少有两种方法：

1. 最简洁，但不完全等价的方法是Adrien Plisson推荐的方式。创建一个带有额外参数的lambda，并将这个额外参数的默认值设置为你想要保留的对象。

2. 虽然更啰嗦，但也更稳妥，我们可以为每个创建的lambda创建一个新的作用域：

   >>> adders = [0,1,2,3]
   >>> for i in [0,1,2,3]:
   ...     adders[i] = (lambda b: lambda a: b + a)(i)
   ...     
   >>> adders[1](3)
   4
   >>> adders[2](3)
   5
   

   这里的作用域是通过一个新函数（为了简洁用另一个lambda）创建的，它绑定了它的参数，并将你想要绑定的值作为参数传入。不过在实际代码中，你很可能会用一个普通函数来创建新的作用域，而不是lambda：

   def createAdder(x):
       return lambda y: y + x
   adders = [createAdder(i) for i in range(4)]