面试题：Python函数实参与形参在闭包中的特性

Question

假设有一个函数`outer()`，它内部定义了一个函数`inner()`，并且`inner()`使用了`outer()`的形参。请解释这种情况下实参和形参在闭包环境中的生命周期、作用域以及可能会出现的问题，同时给出避免这些问题的方法。

Answer 1

生命周期

1. 形参：在outer函数被调用时，形参被创建并初始化，随着outer函数执行完毕，正常情况下形参的生命周期结束并被销毁。但是由于闭包的存在，inner函数引用了outer函数的形参，使得这些形参的生命周期被延长，直到引用它们的inner函数对象也不再被引用，才会被垃圾回收机制回收。
2. 实参：实参在调用outer函数时被传递进来，其生命周期取决于调用者的作用域。如果实参是局部变量，在调用者函数结束时，若没有其他引用，实参所占用的内存可能会被回收。但只要outer函数内的闭包（inner函数）存在，实参通过形参间接被闭包引用，就不会被过早回收。

作用域

1. 形参：形参的作用域局限于outer函数内部。然而，由于闭包的特性，在inner函数中也可以访问到这些形参。inner函数可以看作是在outer函数的作用域链基础上创建的，它能够访问到outer函数的作用域中的变量，包括形参。
2. 实参：实参本身的作用域在调用者的作用域内。但当实参传递给outer函数的形参后，在outer函数及其内部的闭包（inner函数）中，通过形参对实参进行访问和操作，尽管这种访问是间接的。

可能出现的问题

1. 内存泄漏：如果闭包一直存在，不会被垃圾回收机制回收（例如将闭包函数赋值给一个全局变量），那么被闭包引用的形参以及相关数据结构也不会被回收，可能导致内存泄漏。因为即使outer函数执行完毕，形参所占用的内存由于闭包的引用而无法释放。
2. 变量值意外改变：如果闭包函数在不同时间被调用，由于形参的生命周期被延长，可能会出现形参的值被意外改变的情况。例如在outer函数执行过程中，对形参进行了修改，后续闭包函数调用时，使用的是修改后的值，这可能与预期不符。

避免问题的方法

1. 解决内存泄漏：
   • 确保闭包函数在不再需要时，及时解除对其的引用。例如，如果闭包函数被赋值给一个全局变量，在适当的时候将该全局变量设置为null，以便垃圾回收机制能够回收闭包以及其引用的形参等资源。
   • 在闭包内部，避免对外部变量进行不必要的强引用。可以使用WeakMap等弱引用数据结构来存储外部对象的引用，这样当外部对象没有其他强引用时，能够被垃圾回收机制正常回收。
2. 防止变量值意外改变：
   • 在inner函数内部，如果只是读取形参的值，不进行修改，可以将形参的值复制到inner函数内部的局部变量中使用。这样即使外部outer函数对形参进行了修改，也不会影响inner函数中使用的值。
   • 如果outer函数中形参的值需要保持不变，可以在outer函数内部对形参进行深拷贝，将拷贝后的值传递给inner函数使用。这样inner函数操作的是拷贝后的值，不会影响原始形参的值。