Python 嵌套函数

简述

在 Python 中，函数的用法可谓是千变万化，只不过我们平日接触的大多是一些基本用法。函数强大之处当然不止于此，它还有很多高级用法 - 闭包、装饰器。。。

这些高级用法都与嵌套函数紧密相关，所以有必要先熟悉一下嵌套函数。

简述

嵌套函数

封装 - 数据隐藏

贯彻 DRY 原则

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嵌套函数

嵌套函数（Nested function）是在另一个函数（即：封闭函数）中定义的函数

嵌套函数的基本概念在前面已经介绍过了，参见：Python 函数的高级用法

那么，一般在什么情况下使用嵌套函数？

封装 - 数据隐藏

贯彻 DRY 原则

闭包

除此之外，嵌套函数还有其他用法，只不过这些是比较常用的。另外，闭包的内容较为丰富，后面做单独分享。

封装 - 数据隐藏

可以使用内层函数来保护它们不受函数外部变化的影响，也就是说把它们从全局作用域隐藏起来。

来看一个简单的例子 - 求一个数字 n 的倍数：

>>> def outer(n):
...     def inner_multiple(n):  # 从外部代码隐藏
...         return n * 2
...     num = inner_multiple(n)
...     print(num)
...
>>>

尝试调用

inner_multiple(n)

会引发错误：

>>> outer(5)
10
>>>
>>> inner_multiple(5)  # 外部无法访问
...
NameError: name 'inner_multiple' is not defined

这是因为它被定义在

outer()

的内部，被隐藏了起来，所以外部无法访问。

在 Python 递归函数 一节中，分享过一个关于阶乘的递归实现，但是存在一个问题 - 没有做容错处理。

下面来利用嵌套函数，对递归做一个更好的实现：

>>> def factorial(n):
...
...     # 错误处理
...     if not isinstance(n, int):  # 仅限整形
...         raise TypeError("Sorry. 'n' must be an integer.")
...     if n < 0:  # 仅限 0 和 正数
...         raise ValueError("Sorry. 'n' must be zero or positive.")
...
...     def inner_factorial(n):
...         if n <= 1:
...             return 1
...         return n * inner_factorial(n - 1)
...     return inner_factorial(n)
...
>>>

这样以来，程序就会变得更加健壮，当数据类型或值不合理时，便会引发错误：

>>> factorial('Py')  # 类型错误
...
TypeError: Sorry. 'n' must be an integer.
>>>
>>> factorial(-10)  # 值错误
...
ValueError: Sorry. 'n' must be zero or positive.
>>>
>>> factorial(5)  # OK
120

使用这种模式的主要优势在于：利用外部函数执行所有的参数检查，便可以在内部函数中跳过错误检查，并安全放心地进行使用。

贯彻 DRY 原则

DRY（Don’t Repeat Yourself）- 是指在程序设计以及计算中避免重复代码，因为这样会降低灵活性、简洁性，并且有可能导致代码之间的矛盾。

DRY 更多的是一种架构设计思想，在软件开发过程中的万事万物均可能重复，大到标准、框架、开发流程；中到组件、接口；小到功能、代码均纯存在自我重复。而 DRY 提倡的就是在软件开发过程中应消除所有这些自我重复。

如果看过《程序员修炼之道》，想必对这一思想有所了解，那里面做了很好的阐述。

例如，处理文件时，需要支持打开的文件对象和文件名，传统方式是采用两个函数分别实现。

支持文件对象：

>>> def print_file(f):
...     for line in f:
...         print(line)
...
>>> f = open('data.txt', 'r')
>>> print_file(f)
Hi, all

I am a pythoner

>>>

支持文件名：

>>> def print_file_content(file_name):
...     if isinstance(file_name, str):
...         with open(file_name, 'r') as f:
...             for line in f:
...                 print(line)
...
>>> print_file_content('data.txt')
Hi, all

I am a pythoner

>>>

很显然，有很多代码可以复用，通过嵌套函数来实现：

>>> def print_file(file):
...     def inner_print(file_process):
...         for line in file_process:
...             print(line, end = '')
...
...     if isinstance(file, str):
...         with open(file, 'r') as f:
...             inner_print(f)
...     else:
...         inner_print(file)
...
>>>

这样，一个函数便可以支持多种方式，简洁很重要。

>>> f = open('data.txt', 'r')
>>> print_file(f)
Hi, all
I am a pythoner
>>>
>>> print_file('data.txt')
Hi, all
I am a pythoner

除此之外，通常也会把

inner_print()

作为一个顶层私有函数，但是若想要将其作为一个内层函数隐藏起来，就用嵌套函数。