Замыкания в Python c примерами. Плюсы и минусы

Замыкание (closure) в Python - это функция, которая запоминает значения из объемлющей области видимости, даже если эта область уже не существует. Такая функция может сохранять доступ к этим значениям и использовать их при последующих вызовах.

Общее

Когда функция определена внутри другой функции, она может получать доступ к переменным объемлющей функции. Если функция возвращает вложенную функцию, эта вложенная функция может сохранять ссылку на эти переменные, даже если объемлющая функция закончила свою работу.

Например, рассмотрим следующий код:

Пример замыкания

В этом примере, функция inner_function создается внутри функции outer_function и возвращает ссылку на себя.

При вызове outer_function(10) переменная x получает значение 10. Затем функция inner_function сохраняет ссылку на переменную x и возвращает себя.

Когда мы сохраняем возвращаемое значение outer_function(10) в переменную closure и вызываем ее с аргументом 5, возвращается результат 15 (10 + 5), потому что вложенная функция inner_function запомнила значение переменной x.

Таким образом, замыкание в Python позволяет функциям сохранять доступ к значениям из объемлющей области видимости, что делает их более гибкими и мощными.

Примеры

Кеширование функций

Функция-замыкание может сохранять результаты выполнения предыдущих вызовов функции в локальной переменной и возвращать эти значения при повторном вызове функции с теми же аргументами, что позволяет избежать повторных вычислений. Например:

В этом примере, функция memoize создает замыкание, которое сохраняет результаты выполнения функции fibonacci в словаре cache. Если аргументы функции fibonacci уже были обработаны ранее, функция возвращает сохраненный результат из cache.

Работа с функциями высшего порядка

Функции-замыкания могут использоваться для создания новых функций на основе существующих функций. Например:

В этом примере, функция multiply_by возвращает замыкание, которое умножает свой аргумент на значение n. После вызова multiply_by(2) и multiply_by(3) в переменных times_two и times_three соответственно сохраняются функции, которые умножают свой аргумент на 2 и 3. Вызовы times_two(4) и times_three(4) возвращают значения 8 и 12 соответственно.

Реализация частичных функций

Функции-замыкания могут использоваться для создания новых функций, которые фиксируют некоторые аргументы и возвращают новую функцию, которая принимает только оставшиеся аргументы. Например:

В примере реализуется функция partial, которая принимает на вход другую функцию func и значение x, а возвращает новую функцию newfunc. Функция newfunc принимает только один аргумент y и вызывает исходную функцию func с аргументами x и y, затем возвращает ее результат.

С помощью функции partial можно создавать новые функции на основе уже существующих, фиксируя один или несколько аргументов. В примере мы создаем новую функцию add_five, которая фиксирует первый аргумент функции add равным 5. При вызове add_five(3) функция newfunc получит значение x=5 и y=3, затем вызовет функцию add(5, 3) и вернет результат 8. Таким образом, add_five(3) возвращает значение 8, что эквивалентно вызову исходной функции add(5, 3).

Эта техника полезна, например, когда у нас есть функция с большим количеством аргументов, и мы хотим частично определить некоторые из них, чтобы получить новую функцию, которая остается неизменной при каждом вызове.

Плюсы и минусы замыканий

Плюсы

1. Гибкость: замыкания могут использоваться для создания функций, которые сохраняют состояние между вызовами и могут быть сконфигурированы для решения разных задач.
2. Уменьшение повторяющегося кода: замыкания могут использоваться для извлечения повторяющегося кода в отдельные функции и создания обобщенных решений.
3. Поддержка функций первого класса: замыкания могут передаваться как аргументы в другие функции, возвращаться из функций и храниться в переменных.
4. Чистый код: замыкания могут упростить код и сделать его более читаемым, позволяя избежать использования глобальных переменных и других неявных зависимостей.

Минусы

1. Потенциальные проблемы с производительностью: замыкания могут быть медленнее, чем обычные функции, потому что они требуют дополнительных вычислений и памяти.
2. Сложность понимания: замыкания могут быть сложными для понимания, особенно для новичков в программировании.
3. Потенциальные проблемы с памятью: замыкания могут привести к утечкам памяти, если они используют большое количество ресурсов и не очищаются правильно.
4. Ограниченность: замыкания не могут заменить все другие подходы к программированию, и иногда более простые решения могут быть более эффективными.

Когда применять замыкания

Выбор между использованием замыканий и написанием более громоздкого, но более эффективного кода зависит от конкретного сценария. Вот несколько факторов, которые могут помочь принять решение:

1. Простота кода: если решение с использованием замыканий более простое и читаемое, чем альтернативное решение, то использование замыканий может быть предпочтительнее.
2. Требования к производительности: если производительность критически важна для вашего приложения, использование замыканий может не быть оптимальным, так как они могут быть медленнее, чем другие подходы. В этом случае следует использовать более эффективный код.
3. Цель решения: если цель решения состоит в том, чтобы сохранить состояние между вызовами функции или извлечь повторяющийся код, использование замыканий может быть эффективным решением.
4. Сложность кода: если решение требует большого количества сложного кода, то использование замыканий может сделать код более простым и понятным.
5. Ограничения языка: некоторые языки программирования могут не поддерживать замыкания или поддерживать их не полностью. В этом случае следует использовать более эффективный код.

В целом, выбор между использованием замыканий и более эффективного кода зависит от того, что вам нужно сделать и какие требования у вас есть к производительности, сложности кода и т.д. Кроме того, опыт программирования и знание языка программирования могут помочь принять более обоснованное решение.

Итог

Таким образом, замыкания могут быть очень полезными инструментами в различных сценариях программирования, но их использование должно быть ограничено в соответствии с требованиями конкретного проекта.

Скопировать код можно из поста на Boosty