之前分析了裝飾器的語法，由此可以直接推導出其基本框架。但為了寫出一個功能完整的裝飾器，還需要了解一個概念——閉包。
閉包
閉包(closure)，是引用了自由變量的函數。這個被引用的自由變量將和這個函數一同存在，即使已經離開了創造它的環境也不例外。
看下面的例子
def f(a):
def g(b):
print(a, b)
return g
In [3]: g = f(4)
In [4]: g(5)
4 5
對 f 內部的函數 g 來說，參數 a 既不是它的參數，也不是它的局部變量，而是它的自由變量。該自由變量可以
- 被
g所引用， - 即使已經離開了創造它的函數
f，也不例外。
閉包和嵌套函數的概念有所區別。閉包當然是嵌套函數，但沒有引用自由變量的嵌套函數卻不是閉包。
Python 的函數有一個只讀屬性 __closure__，存儲的就是函數所引用的自由變量，
In [5]: g = f(1)
In [6]: g.__closure__
Out[6]: (<cell at 0x10f8cad98: int object at 0x10dbf8b20>,)
如果僅僅是嵌套函數，它的 __closure__ 應該是 None。
修改自由變量
閉包有個重要的特性：內部函數只能引用而不能修改外部函數中定義的自由變量。試圖直接修改只有兩種結果，要么運行出錯，要么你以為你修改了，實際并沒有。
不能修改不是因為 Python 設計者故意限制，不給它權限，而是外部的自由變量被內部的局部變量覆蓋了；被覆蓋了也不是閉包獨有的特性，從普通函數內部同樣也不能直接修改全局變量。Python 命名空間的查找規則簡寫為 LEGB，四個字母分別代表 local、enclosed、global 和 build-in，閉包外層函數的命名空間就是 enclosed。Python 在檢索變量時，按照 L -> E -> G -> B 的順序依次查找，如果在 L 中找到了變量，就不會繼續向后查找。
修改失敗的情形
在示例 1 中，你的本意是修改自由變量 number ，然而并不能：由于存在對 number 的賦值語句（ number += 1 ），Python 會認為 number 是 printer 的局部變量，可是在局部變量字典中又查找不到它的定義，只好拋出異常。拋出的異常不是因為不能修改自由變量，而是局部變量還沒賦值就被引用了。
# 示例1
def print_msg(number):
def printer():
number += 1
print(number)
printer()
print(number)
In [10]: print_msg(9)
...
UnboundLocalError: local variable 'number' referenced before assignment
在示例 2 中，Python 成功地在 printer 內定義了局部變量 number，并覆蓋了同名自由變量，你可能以為自己成功修改了 print_msg 中的 number，然而并沒有。
# 示例 2
def print_msg(number):
def printer():
number = 3
print(number)
printer()
print(number)
In [14]: print_msg(9)
3
9
解決辦法
怎么才能修改呢？
一種做法是利用可變類型(mutable)的特性，把變量存放在列表(List)之中。對可變的列表的修改并不需要對列表本身賦值，number[0] = 3 只是修改了列表元素。雖然列表發生了變化，但引用列表的變量卻并沒有改變，巧妙地“瞞”過了 Python。見示例3。
# 示例 3
def print_msg(number):
number = [number]
def printer():
number[0] = 3
print(number[0])
printer()
print(number[0])
In [18]: print_msg(9)
3
3
Python 3 引入了 nonlocal 關鍵字，明確告訴解釋器：這不是局部變量，要找上外頭找去。在示例 4 中，nonlocal 幫助我們實現了所期望的對自由變量的修改。
# 示例 4
def print_msg(number):
def printer():
"Here we are using the nonlocal keyword"
nonlocal number
number = 3
print(number)
printer()
print(number)
In [20]: print_msg(9)
3
3
其實，在 Python 2 中，用 global 代替 nonlocal，也能達到類似的效果，但由于全局變量的不易控制，這種做法不被提倡。
實例
下面的例子很好地展示了自由變量的特點：與引用它的函數一同存在，而想要修改它，得小心謹慎。
import time
from functools import wraps
def rate_limited(max_per_sec):
min_interval = 1.0 / max_per_sec
def decorated(func):
last_time_called = [0.0]
@wraps(func)
def rate_limited_func(*args, **kwargs):
elapsed = time.time() - last_time_called[0]
to_wait = min_interval - elapsed
if to_wait > 0:
time.sleep(to_wait)
res = func(*args, **kwargs)
last_time_called[0] = time.time()
return res
return rate_limited_func
return decorated
@rate_limited(2)
def print_n(n):
print('>> %s' % time.time())
if __name__ == "__main__":
for i in range(10):
print_n(i)
裝飾器 rate_limit 的作用，是限制被裝飾的函數每秒內最多被訪問 max_per_sec 次。為此，需要維護一個變量用以記錄上次被調用的時刻，它獨立于函數之外，和被修飾的函數一同存在，還能在每次被調用的時候更新。last_time_called 就是這樣的變量。為了正確地更新，last_time_called 以列表的形式存在。如果在 Python 3 中，它也可以直接存為 float，只要在內部函數中聲明為 nonlocal，也可以達到同樣的目的。
