Python 函数内的函数：嵌套函数、闭包与装饰器228

在 Python 中，函数可以嵌套在其他函数内部，这被称为嵌套函数 (Nested Functions) 或内部函数 (Inner Functions)。这种特性赋予了 Python 强大的表达能力，并使得我们可以创建更优雅、更模块化的代码。本文将深入探讨 Python 函数内的函数，涵盖嵌套函数的基本概念、闭包 (Closure) 的机制以及装饰器 (Decorator) 的应用。

1. 嵌套函数的基本概念

嵌套函数指的是在一个函数内部定义另一个函数。内部函数可以访问外部函数的局部变量，即使外部函数已经执行完毕。这看似违反了变量作用域的规则，但正是由于闭包的存在，才使得这种访问成为可能。

以下是一个简单的例子：```python
def outer_function(x):
def inner_function(y):
return x + y
return inner_function
add_five = outer_function(5)
result = add_five(3) # result will be 8
print(result)
```

在这个例子中，`inner_function` 嵌套在 `outer_function` 内部。`outer_function` 返回 `inner_function`。关键在于，即使 `outer_function` 执行完毕，`inner_function` 仍然能够访问 `outer_function` 的局部变量 `x`。这便是闭包的体现。

2. 闭包 (Closure)

闭包是指一个函数与其周围状态的捆绑。在这个例子中，`inner_function` 形成一个闭包，它“闭合”了 `outer_function` 的变量 `x`。即使 `outer_function` 已经结束，`inner_function` 仍然能够“记住”并访问 `x` 的值。这使得我们可以创建一些非常有用的函数，例如：```python
def make_multiplier(n):
def multiplier(x):
return n * x
return multiplier
double = make_multiplier(2)
triple = make_multiplier(3)
print(double(5)) # Output: 10
print(triple(5)) # Output: 15
```

在这个例子中，`make_multiplier` 函数返回一个闭包 `multiplier`。每个 `multiplier` 实例都“记住”了它创建时 `n` 的值，从而实现了不同的乘法函数。

3. 装饰器 (Decorator)

装饰器是 Python 中一个强大的功能，它利用嵌套函数和闭包来修改其他函数的行为，而无需修改其源代码。装饰器通常用于日志记录、性能监控、访问控制等场景。

一个简单的装饰器例子：```python
def my_decorator(func):
def wrapper():
print("Before function execution")
func()
print("After function execution")
return wrapper
@my_decorator
def say_hello():
print("Hello!")
say_hello()
```

在这个例子中，`my_decorator` 是一个装饰器，它接受一个函数 `func` 作为参数，并返回一个新的函数 `wrapper`。 `wrapper` 在执行 `func` 之前和之后打印一些信息。 `@my_decorator` 语法糖简化了装饰器的应用。

4. 装饰器参数

装饰器也可以接受参数：```python
def repeat(num_times):
def decorator_repeat(func):
def wrapper(*args, kwargs):
for _ in range(num_times):
result = func(*args, kwargs)
return result
return wrapper
return decorator_repeat
@repeat(num_times=3)
def greet(name):
print(f"Hello, {name}!")
greet("World")
```

这个例子展示了一个带有参数的装饰器，它可以重复执行被装饰的函数。

5. 类装饰器

除了函数装饰器，Python 也支持类装饰器。类装饰器通常用于更复杂的场景，例如需要管理状态或提供更多功能。```python
class MyDecorator:
def __init__(self, func):
= func
def __call__(self, *args, kwargs):
print("Before function execution (class decorator)")
result = (*args, kwargs)
print("After function execution (class decorator)")
return result
@MyDecorator
def say_goodbye():
print("Goodbye!")
say_goodbye()
```

6. 装饰器应用场景

装饰器的应用非常广泛，例如：
日志记录: 记录函数的调用时间、参数和返回值。
性能监控: 测量函数的执行时间。
访问控制: 检查用户权限，确保只有授权用户才能访问特定函数。
缓存: 缓存函数的返回值，提高性能。
事务处理: 保证数据库操作的原子性。

7. 注意事项

在使用装饰器时，需要注意以下几点：

装饰器可能会改变函数的元数据 (例如 `__name__` 和 `__doc__` )，可以使用 `` 装饰器来解决这个问题。
过度使用装饰器可能会降低代码的可读性和可维护性。

总而言之，Python 函数内的函数，特别是闭包和装饰器，是 Python 语言中非常强大的特性。理解这些特性可以帮助我们编写更简洁、更可重用、更易于维护的代码。熟练掌握这些技术对于提升 Python 编程技能至关重要。

2025-09-01

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