Closures

Nested function

Python อนุญาตให้เรานิยาม function ไว้ภายในอีก function หนึ่งได้ function ตัวในสามารถเข้าถึงตัวแปรใน scope ของ function ตัวนอก (enclosing) ได้

def outer():
    message = "Hello from outer"

    def inner():
        print(message)   # accesses the enclosing scope

    inner()

outer()  # Hello from outer

Free variable และ closure

เมื่อ function ตัวใน อ้างถึงตัวแปรจาก enclosing scope แล้วถูก return ออกไปสู่โลกภายนอก Python จะสร้าง closure ขึ้นมา function ตัวในนั้น “ปิดครอบ” (close over) ตัวแปรไว้ และทำให้ตัวแปรนั้นยังมีชีวิตอยู่แม้ outer จะทำงานเสร็จไปแล้ว

def make_greeter(greeting: str):
    def greet(name: str) -> str:
        return f"{greeting}, {name}!"   # greeting is a free variable
    return greet

hello = make_greeter("Hello")
hi    = make_greeter("Hi")

print(hello("Alice"))   # Hello, Alice!
print(hi("Bob"))        # Hi, Bob!

greeting เป็น free variable ใน greet ไม่ได้ถูกนิยามภายใน greet และก็ไม่ใช่ global แต่อาศัยอยู่ใน local scope ของ make_greeter closure จะรักษาค่าของ greeting ให้มีชีวิตอยู่ตราบเท่าที่ hello หรือ hi ยังคงอยู่

เราสามารถตรวจสอบตัวแปรที่ closure จับไว้ได้ผ่าน __closure__:

print(hello.__closure__[0].cell_contents)   # Hello

keyword `nonlocal`

ภายใน nested function เราสามารถ อ่าน free variable ได้โดยไม่ต้องใช้ keyword พิเศษใด ๆ แต่ถ้าจะ กำหนดค่าใหม่ (reassign) ให้ตัวแปรนั้น เราต้องใช้ nonlocal มิฉะนั้น Python จะมองว่าชื่อนั้นเป็นตัวแปร local ตัวใหม่

def make_counter(start: int = 0):
    count = start

    def increment(step: int = 1) -> int:
        nonlocal count        # tells Python: reuse the enclosing 'count'
        count += step
        return count

    def reset() -> None:
        nonlocal count
        count = start

    return increment, reset

inc, rst = make_counter()
print(inc())    # 1
print(inc())    # 2
print(inc(5))   # 7
rst()
print(inc())    # 1

ถ้าไม่มี nonlocal count บรรทัด count += step จะทำให้เกิด UnboundLocalError เพราะ Python เห็นการ assign แล้วมองว่า count เป็นตัวแปร local ที่ยังไม่ได้ถูกกำหนดค่า

Factory function — closure ที่ใช้งานจริง

Open in an online REPL

def make_validator(min_val: int, max_val: int):
    """Return a validator function for the given range."""
    def validate(value: int) -> bool:
        return min_val <= value <= max_val

    validate.__doc__ = f"Return True if value is in [{min_val}, {max_val}]."
    return validate

is_valid_age    = make_validator(0, 120)
is_valid_score  = make_validator(0, 100)
is_valid_port   = make_validator(1, 65535)

tests = [
    ("age 25",     is_valid_age(25)),
    ("age 200",    is_valid_age(200)),
    ("score 95",   is_valid_score(95)),
    ("score 101",  is_valid_score(101)),
    ("port 8080",  is_valid_port(8080)),
    ("port 0",     is_valid_port(0)),
]
for label, result in tests:
    print(f"{label}: {result}")

🐍 closure จับตัวแปร ไม่ใช่จับค่า

กับดัก late-binding: closure จับ ตัวแปร ตัวเอง ไม่ใช่ค่าที่ถืออยู่ตอนที่ closure ถูกสร้าง ในลูปนั้นเรื่องนี้กัดเจ็บมาก:

# WRONG — all functions capture the same variable i
funcs = [lambda: i for i in range(3)]
print([f() for f in funcs])   # [2, 2, 2]  (all see the final i)

# RIGHT — bind the current value as a default argument
funcs = [lambda i=i: i for i in range(3)]
print([f() for f in funcs])   # [0, 1, 2]

เทคนิคใช้ default argument i=i จะประเมินค่า i ตอน นิยาม (definition time) ทำให้เกิด binding ใหม่สำหรับแต่ละ function

Closures

Nested function

Free variable และ closure

keyword nonlocal

Factory function — closure ที่ใช้งานจริง

keyword `nonlocal`