嵌套函数中的局部变量

问题描述：

好的，请耐心听我说完，我知道这看起来非常复杂，但请帮助我理解发生了什么。

from functools import partial

class Cage(object):
    def __init__(self, animal):
        self.animal = animal

def gotimes(do_the_petting):
    do_the_petting()

def get_petters():
    for animal in ['cow', 'dog', 'cat']:
        cage = Cage(animal)

        def pet_function():
            print "Mary pets the " + cage.animal + "."

        yield (animal, partial(gotimes, pet_function))

funs = list(get_petters())

for name, f in funs:
    print name + ":", 
    f()

给出：

cow: Mary pets the cat.
dog: Mary pets the cat.
cat: Mary pets the cat.

那么，为什么我没有得到三种不同的动物？cage“打包”不是进入嵌套函数的本地范围吗？如果不是，那么对嵌套函数的调用如何查找局部变量？

我知道遇到这类问题通常意味着一个人“做错了”，但我想了解发生了什么。

解决方案 1：

嵌套函数在执行时从父作用域查找变量，而不是在定义时。

函数体被编译，并且“自由”变量（未通过赋值在函数本身中定义）被验证，然后作为闭包单元绑定到函数，代码使用索引来引用每个单元。pet_function因此有一个自由变量（cage），然后通过闭包单元索引 0 进行引用。闭包本身指向函数cage中的局部变量get_petters。

当您实际调用该函数时，该闭包将用于查看调用该函数时cage周围范围内的值。问题就在这里。当您调用函数时，该函数已经完成了其结果的计算。在执行期间的某个时刻，局部变量被分配了、和字符串中的每一个，但在函数的末尾，包含最后一个值。因此，当您调用每个动态返回的函数时，您将获得打印的值。get_petters`cage'cow''dog''cat'cage'cat''cat'`

解决方法是不依赖闭包。你可以改用部分函数，​​创建新的函数作用域，或将变量绑定为关键字参数的默认值。

• 部分函数示例，使用functools.partial()：

from functools import partial

def pet_function(cage=None):
    print "Mary pets the " + cage.animal + "."

yield (animal, partial(gotimes, partial(pet_function, cage=cage)))

• 创建新的范围示例：

def scoped_cage(cage=None):
    def pet_function():
        print "Mary pets the " + cage.animal + "."
    return pet_function

yield (animal, partial(gotimes, scoped_cage(cage)))

• 将变量绑定为关键字参数的默认值：

def pet_function(cage=cage):
    print "Mary pets the " + cage.animal + "."

yield (animal, partial(gotimes, pet_function))

不需要scoped_cage在循环中定义函数，编译只进行一次，而不是在循环的每次迭代中都进行。

解决方案 2：

我的理解是，当实际调用产生的 pet_function 时，会在父函数命名空间中寻找 holder ，而不是之前。

所以当你这样做

funs = list(get_petters())

您生成 3 个函数来查找最后创建的笼子。

如果你将最后一个循环替换为：

for name, f in get_petters():
    print name + ":", 
    f()

您实际上将获得：

cow: Mary pets the cow.
dog: Mary pets the dog.
cat: Mary pets the cat.

解决方案 3：

这源于以下原因

for i in range(2): 
    pass

print(i)  # prints 1

迭代之后，的值i被延迟存储为其最终值。

作为生成器，该函数可以工作（即依次打印每个值），但是当转换为列表时，它会在生成器上运行cage，因此对( ) 的所有调用cage.animal都会返回 cats。

解决方案 4：

让我们简化这个问题。定义：

def get_petters():
    for animal in ['cow', 'dog', 'cat']:
        def pet_function():
            return "Mary pets the " + animal + "."

        yield (animal, pet_function)

然后，就像问题一样，我们得到：

>>> for name, f in list(get_petters()):
...     print(name + ":", f())

cow: Mary pets the cat.
dog: Mary pets the cat.
cat: Mary pets the cat.

但如果我们避免创造list()第一：

>>> for name, f in get_petters():
...     print(name + ":", f())

cow: Mary pets the cow.
dog: Mary pets the dog.
cat: Mary pets the cat.

发生了什么事？为什么这种细微的差别会彻底改变我们的结果？

如果我们看一下list(get_petters())，从变化的内存地址可以清楚地看出，我们确实产生了三个不同的函数：

>>> list(get_petters())

[('cow', <function get_petters.<locals>.pet_function at 0x7ff2b988d790>),
 ('dog', <function get_petters.<locals>.pet_function at 0x7ff2c18f51f0>),
 ('cat', <function get_petters.<locals>.pet_function at 0x7ff2c14a9f70>)]

但是，看一下cell这些函数所绑定的 s：

>>> for _, f in list(get_petters()):
...     print(f(), f.__closure__)

Mary pets the cat. (<cell at 0x7ff2c112a9d0: str object at 0x7ff2c3f437f0>,)
Mary pets the cat. (<cell at 0x7ff2c112a9d0: str object at 0x7ff2c3f437f0>,)
Mary pets the cat. (<cell at 0x7ff2c112a9d0: str object at 0x7ff2c3f437f0>,)

>>> for _, f in get_petters():
...     print(f(), f.__closure__)

Mary pets the cow. (<cell at 0x7ff2b86b5d00: str object at 0x7ff2c1a95670>,)
Mary pets the dog. (<cell at 0x7ff2b86b5d00: str object at 0x7ff2c1a952f0>,)
Mary pets the cat. (<cell at 0x7ff2b86b5d00: str object at 0x7ff2c3f437f0>,)

对于这两个循环，cell对象在整个迭代过程中保持不变。但是，正如预期的那样，str它引用的具体内容在第二个循环中会发生变化。cell对象引用的是animal，它是在get_petters()调用时创建的。但是，在生成器函数运行时，它引用的对象animal会发生变化。str

在第一个循环中，在每次迭代期间，我们都会创建所有的fs，但我们只在生成器get_petters()完全用尽并且list已经创建了函数后才调用它们。

在第二个循环中，每次迭代期间，我们都会暂停get_petters()生成器并在每次暂停后调用f。因此，我们最终会检索animal生成器函数暂停时的值。

正如@Claudiu 在回答类似问题时所说：

创建了三个独立的函数，但它们各自都具有定义环境的闭包 - 在本例中为全局环境（如果循环位于另一个函数内，则为外部函数的环境）。然而，这正是问题所在 - 在这个环境中，animal是变异的，并且所有闭包都引用相同的animal。

[编者注：i已更改为animal。]