Python基础（十）——闭包、装饰器、设计模式与多线程编程

十一.高级用法

1.闭包

在函数嵌套的前提下，内部函数使用了外部函数的变量，并且外部函数返回了内部函数，把这个使用外部函数变量的内部函数称为闭包。

解释：

外部函数的参数因为作用域的原因，只是一个临时变量，调用完函数对于外部而言变量就消失了，而内部函数的作用域则为外部函数定义的区域。因此，把原本的全局变量作为参数放入外部函数中，成为局部变量，而该局部变量只能被内部函数访问，从而实现变量的安全化。

适用于：依赖外部全局变量，但是不希望全局变量被访问而修改的情况。

缺点：

由于内部函数持续引用外部函数的值，导致这部分内存空间不被释放，一直占用内存。

python"># 简单的闭包
def outer(num1):
    def inner(num2):
        print(num1+num2)

    return inner # 返回值为内部函数

f1 = outer(50) # f1接收的为一个函数
f1(20)
"""
返回值：
70
"""

# 使用nonlocal关键字修饰外部函数
def outer(num1):
    def inner(num2):
        nonlocal num1
        # 使用nonlocal关键字修饰外部函数的变量，才可以在内部函数中修改它
        num1 = 200
        print(num1+num2)

    return inner # 返回值为内部函数

f1 = outer(50) # f1接收的为一个函数
f1(20)
"""
返回值：
220
"""

# 闭包实现ATM机
def outer(all_money = 0):
    def inner(money, flag=True):
        nonlocal all_money
        if flag:
            all_money += money
            print(f"成功存款{money}元，账户余额为{all_money}元")

        else:
            all_money -= money
            print(f"成功取款{money}元，账户余额为{all_money}元")

    return inner

account = outer()
account(2000, True)
account(500, False)

"""
返回值：
成功存款2000元，账户余额为2000元
成功取款500元，账户余额为1500元
"""

2.装饰器

装饰器也是一种闭包，其功能是在不破坏目标函数原有代码和功能的前提下，为目标函数增加新功能。

一般写法：（闭包写法）执行逻辑

定义闭包函数，函数内部包括：执行目标函数、添加新的功能

python">import random
import time
def outer(func):
    def inner():
        print("我困死要睡觉了")  # 新的功能
        func()    # 执行目标函数
        print("我不得不起床了")  # 新的功能

    return inner

def sleep():  # 目标函数
    print("睡觉中……勿扰……")
    time.sleep(random.randint(1, 10))

fun = outer(sleep)
fun()
"""
返回：
我困死要睡觉了
睡觉中……勿扰……
我不得不起床了
"""

语法糖写法

使用@外部函数，定义在目标函数之上。把sleep函数作为参数传入outer函数，返回inner函数执行了操作逻辑。

python">import random
import time
def outer(func):
    def inner():
        print("我困死要睡觉了")
        func()
        print("我不得不起床了")

    return inner

# @外部函数，定义在目标函数之上
@outer
def sleep():
    print("睡觉中……勿扰……")
    time.sleep(random.randint(1, 10))

sleep()

"""
返回值：
我困死要睡觉了
睡觉中……勿扰……
我不得不起床了
"""

3.设计模式

是一种编程套路思想，面向对象也属于设计模式的一种。

设计模式有多种，可以深入学习。此处仅介绍基础常用的单例模式和工厂模式。

单例模式

某些场景下，需要一个类无论获取多少次类对象，都仅仅提供一个具体的实例，用以节省类对象的开销和内存开销，比如某些工具类，仅需要一个实例，即可在各处使用。

【保证一个类只有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点】

使用方式：

在一个文件中定义该类并获得类对象，在另一个文件中通过import导入类对象。

python"># test.py

class tools:
	pass
	
my_tool = tools()

# main.py
from test import my_tool

t1 = my_tool
t2 = my_tool
t3 = my_tool

print(id(t1))
print(id(t2))
print(id(t3))
# t1、t2、t3是同一个对象，地址相同
"""
返回值：
2146066533584
2146066533584
2146066533584
"""

工厂模式

当需要大量创建一个类的实例时，从原生的使用类的构造去创建对象的形式。

优点：

大批量创建对象时有统一的入口，易于维护；

当发生修改时，仅修改工厂类的创建方法即可；

python">class Phone:
    pass

class HuaWei(Phone):
    pass

class XiaoMi(Phone):
    pass

class Honour(Phone):
    pass

class PhoneFactory:
    def get_phone(self, phone_type):
        if phone_type == '1':
            return HuaWei()
        elif phone_type == '2':
            return XiaoMi()
        else:
            return Honour()

pf = PhoneFactory()
phone1 = pf.get_phone('1')
phone2 = pf.get_phone('2')
phone = pf.get_phone('3')

4.进程与线程

**进程：**一个程序运行在系统上则称该程序为一个进程，分配ID方便系统管理。操作系统中可以运行多个进程，即多任务运行。

**线程：**归属于进程，是进程实际工作的最小单位，执行不同的工作。一个进程可以开启多个线程，即多线程运行。

**注意：**进程之间是内存隔离的，不同的进程拥有各自的内存空间。

线程之间是内存共享的，线程是属于进程的，一个进程内的多个线程之间共享进程拥有的内存。

**并行执行：**同时执行不同的工作，进程之间是并行执行的，线程之间也是。

5.多线程

使用threading模块实现。

单线程

python">import time

def sing():
    while True:
        print("唱歌")
        time.sleep(1)

def dance():
    while True:
        print("跳舞")
        time.sleep(1)

if __name__ == '__main__':
    sing()
    dance()

"""
输出：
唱歌
唱歌
唱歌
唱歌
唱歌
唱歌
唱歌
……
"""

多线程

python">import threading
import time

def sing():
    while True:
        print("唱歌")
        time.sleep(1)

def dance():
    while True:
        print("跳舞")
        time.sleep(1)
"""
thread = threading.Thread(group= , target= , name=, args= , kwargs=)
-group: 未来功能的预留参数
-target: 执行的目标任务名
-name: 线程名，一般不用设置
-args: 以元组形式给执行任务传参
-kwargs: 以字典形式给执行任务传参
"""
        
if __name__ == '__main__':
    # 创建唱歌跳舞的线程
    sing_thread = threading.Thread(target=sing)
    dance_thread = threading.Thread(target=dance)
    # 线程工作
    sing_thread.start()
    dance_thread.start()
"""
输出：
唱歌
跳舞
跳舞唱歌
唱歌跳舞
唱歌跳舞
唱歌跳舞
唱歌
跳舞
唱歌跳舞
唱歌跳舞
唱歌跳舞
…………
"""   

import threading
import time

def sing(msg):
    while True:
        print(msg)
        time.sleep(1)

def dance(msg):
    while True:
        print(msg)
        time.sleep(1)

if __name__ == '__main__':
    # 创建唱歌跳舞的线程
    sing_thread = threading.Thread(target=sing, args=("唱歌啦……",))
    dance_thread = threading.Thread(target=dance, kwargs={"msg": "跳舞啦……"})
    # 线程工作
    sing_thread.start()
    dance_thread.start()
    
"""
输出：
唱歌啦……跳舞啦……
跳舞啦……唱歌啦……
唱歌啦……跳舞啦……
唱歌啦……跳舞啦……
跳舞啦……
唱歌啦……
唱歌啦……跳舞啦……
…………
"""