11、Python 闭包实现原理

一、内存的逻辑状态

在了解闭包之前，让我们简单了解下内存逻辑状态。内存空间在逻辑上分为三部分:代码区、静态数据区和动态数据区,动态数据区又分为栈区和堆区

• 栈内存：稳定性差，用于临时存储数据，存储数据比较快。方法中定义的变量都存放在这个区域，但存放的只是名称和指向堆内存空间的地址
• 堆内存：稳定性高，用于长期存储数据，存储数据的速度慢。程序运行时会创建对像，对象会被保存堆内存中，以便反复利用。
• 常量区：可以永久存储软件中经常使用的固定数据
• 资源区: 可以存储程度运行的基本资源数据，如：运行的二进制代码

下图展示了基本的变量在内存中的逻辑关系：

说明：堆内存中的对象不会随方法的结束而销毁，即使方法结束后，这个对象还可能被另一个引用变量所引用（方法的参数传递时很常见），则这个对象依然不会被销毁，只有当一个对象没有任何引用变量引用它时，系统的垃圾回收机制才会在核实的时候回收它。

二、闭包实现原理

有了以上的基础，我们现在对闭包进行详细的了解，闭包的本质是一个函数，而这个函数引用了上层局部命名空间的变量。

自由变量：未在本地作用域中定义的变量，例如：定义外层函数内被内层引用的变量
闭包：是一个概念，出现在嵌套函数中，指的是内层函数引用到了外层函数的自由变量，就形成了闭包，很多语言中都有这个概念，在Python中常见于装饰器中

让我们来看个例子：

def outer():
    c = [1]
    def inner():
        c[0] =+ 1  #这一行会报错吗?
        return c[0]
    return inner

foo = outer()
foo()
foo()
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

运行结果：

为什么会出现以上结果，这是因为outer函数的执行结束后，outer的引用为0，刚释放了相应的堆栈空间，但C[0]仍被内层的inner引用，这时C[0]就r被保留了在了栈内，当Inner被调用时，便可以使用c[0]的值

我们可以看粗略的看下闭包的图示过程，但下图仅供了解基本原理：

1. 程序运行时，解释器会将代码以二进制形式加载到代码区，当我们执行到foo = outer()时，调用函数，从代码区找到内容，并在堆区创建Outer的堆空间，即栈针
   

2.然后outer函数返回，foo变量名指向了内部inner函数。这时虽然Outer的运行空间被释放。
但由于函数加载的时候inner内使用了C[0],这样的话，在outer释放的时候，将c[0]与Inner进行了绑定，也就是说，C的引用计数不为0，这样它在堆栈内就未被释放 ，从而当我们在inner执行多次时，C[0]的值一直可以被使用，直到c[0]使用完成，引用计数为0被释放

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