pythonのクロージャーと関数内関数について

python
1def add_sound(stroke):
2    def inner():
3        return stroke + '-->パコーン'
4    return inner
5a = add_sound('バックハンドストローク')

秀和システムのpythonプログラミングパーフェクトマスターに載ってるコードを書きました。クロージャーを学んだのですが、これを実行するときに

python
1a()

と入力することでクロージャーが実行できるとのことでした。このa()の()はなんなのですか？
aの時は「バックハンドストローク」というパラメータが既に入っているから（）のなかは空欄でいいのか？と思い、a（'スマッシュ'）と入力したのですが、

python
1Traceback (most recent call last):
2  File "<pyshell#16>", line 1, in <module>
3    a('スマッシュ')
4TypeError: inner() takes 0 positional arguments but 1 was given

とエラーが出ました。
このa()の()は何を意味しているのでしょうか？
関数内関数と一緒に記されていて

python
1def add_sound(stroke):
2    def inner(s):
3        return s + 'パコーン'
4    return inner(stroke)
5a=add_sound('フォアハンドストローク')

に対して

python
1a

で実行できました。
使用用途の違いについてや、クロージャーでのa()の（）の意味について教えてください。

追記
a()のかっこについて、__call__を呼び出しているに過ぎないということがわかりました
＞引用元
object.call(self[, args...])
インスタンスが関数として "呼ばれた" 際に呼び出されます; このメソッドが定義されている場合、 x(arg1, arg2, ...) は x.call(arg1, arg2, ...) を短く書いたものになります。
＞pythonサイト
少し難しいのですが

python
1a('スマッシュ')

で実行できないことについて、決まった引数でしか実行できないのでしょうか？

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今回の私の質問について私の解釈を記します。

python
1def add_sound(stroke):
2    def inner():
3        return stroke + '-->パコーン'
4    return inner
5a = add_sound('バックハンドストローク')

について、a はこのコードの４行目return innerからinnerという関数を得ているから

python
1type(a)
2>>>class 'function'

と帰ってきている。
もう一つ、同じテキストで次のようなコードが載っていたので、試してみました。

python
1def add_sound2(attack):
2    for i in range(5):
3        print(attack,'--> パッコーン')
4    return attack
5
6b = add_sound2('スマッシュ')
7
8type(b)
9>>>class 'str'
10
11b
12>>>'スマッシュ'
13b()
14>>>TypeError: 'str' object is not callable

bという変数では引数が'スマッシュ’であるadd_sound2()という関数に結びついていて、return attackよりattackが戻り値として帰ってきている。attackという変数についてadd_sound2を実行する際に'スマッシュ'というstrが入れられているため、bを参照すると'スマッシュ'が表示された。
今回テーマのクロージャではinnerという関数を返していることで同じ処理をa()という形で何度も処理できるということですね

ほんとに何度も追記質問を繰り返してすみませんでした。非常に理解が深まりました！！

行動規範の内容に同意します

回答3件

ベストアンサー

typeでaを確認すると分かります。
一つ目は関数のinnerそのものが返されます。typeで見るとfunctionです
二つ目はinner(フォアハンドストローク)を実行した結果のreturnが返されます。typeはstrです。

innerそのものは語弊があるかもしれないけれど、自身で書かれたコードのreturn見れば分かりますよね？

投稿2020/05/16 21:30

編集2020/05/16 21:36

hentaiman

総合スコア6426

fL8kZjyKQi2NEst

2020/05/16 21:45

関数内関数では実行結果を返していて、クロージャーでは関数を返しているのですね。使用用途についてはどのように違ってくるのでしょうか？クロージャーの優れたところとして、グローバル変数を設定しなくていい。同じ処理を何度もできるとあるのですが、関数内関数であっても同じだと思います、、、また、今から追記することについても良かったら教えてください。

hentaiman

2020/05/16 23:25

関数内関数が実行結果を返しているのではなく、実行結果を返すようにコードを書いているからそうなっているだけです。クロージャも同様です。関数を返すものをクロージャと言っているわけではありません。回答に書いてある意味そのままですが、 `a('スマッシュ')`が出来ないのは`return inner(stroke)`を返してるからで、aには既にinner(stroke)を実行した結果が入っています `return inner`にすると好きな引数を使えるようになりますが、それは`inner関数自体`がaに入っているからです同じ処理を何度も出来るの意味が分かりませんが、その文章が書いてある前後の文脈も併せて読めば多分ちゃんと理解出来る内容になってるんじゃないですか？多分変数が初期化される事なく使える的な内容なんじゃないかと思いますが・・・グローバル変数を設定しなくていいという説明もおかしいので、「クロージャ　スコープ」辺りで検索してみてください

fL8kZjyKQi2NEst

2020/05/17 08:58

私の認識がずれていたらすみません。一番最初のコードに対して、a('スマッシュ')と実行した時に３つ目のinner() takes 0 positional argument but 1 was given と出ています。inner()に１つの位置引数を与えているが、受け取れるのは０個だと言う意味だと思うのですが、教えていただいたことから考えると、aにはreturn innerのinnerが返されてるということでいいのでしょうか？そして、def inner()には引数が設定されてないからa('スマッシュ')のスマッシュが受け取れないということでいいのでしょうか？

hentaiman

2020/05/17 10:11

そうですね defの中にあるdefという形式的な部分を意識しすぎていて基礎的な関数の使い方に混乱が起きてるだけじゃないですか？ def inner(): pass を inner(123)として使おうとしてもエラーになる事は分かりますよね？

fL8kZjyKQi2NEst

2020/05/17 13:52

何度も質問に乗っていただいてありがとうございました。最後の追記の解釈で間違い無いなら今回の追記で質問を終了したいと思います。本当にありがとうございました！！

行動規範の内容に同意します

直接の回答じゃないですが。

"クロージャ"は関数閉包と訳される概念で、"引数以外の変数を実行時の環境ではなく、自身が定義された環境（静的スコープ）において解決すること"という特徴を持った関数オブジェクトを指します。

Pythonでは関数内関数やラムダ式が"クロージャになれる仕様になっている"と捉える方がいいでしょう。

質問のソース

python
1def add_sound(stroke):
2    def inner():
3        return stroke + '-->パコーン'
4    return inner
5a = add_sound('バックハンドストローク')

では、関数内関数innerがクロージャになっている(=引数以外の変数を実行時の環境ではなく、自身が定義された環境（静的スコープ）において解決しているような関数オブジェクトである)わけです。

もっと精確に言うと"ローカル変数innerを束縛している関数オブジェクト"がクロージャになっているわけです。

"その関数オブジェクトをreturnで返しているかどうか"は"その関数オブジェクトかクロージャかどうか"とは関係がない話です。

と入力することでクロージャーが実行できるとのことでした。このa()の()はなんなのですか？

関数オブジェクトだから()で実行できるというだけの話です。

(追記)

質問者さんが理解していない事柄は

pytton
1def hoge():
2    print('hoge')

という文を実行した時に何が起こるのか? という点だと想像します。

def文を実行すると

与えられた引数リストとコードブロックから関数オブジェクトを生成する
名前空間で関数名を関数オブジェクトに束縛する

の2つのことが起こります。

上記の2番目で起こることは(単純)代入文と起こることと何ら変わりありません。

言い換えると、def hoge(): print('hoge')を実行した時には、hoge = 関数オブジェクトを実行するのと同じことが起こっているのです。

その2つで同じように名前束縛が起こるのであれば、

python
1def hoge():
2    print('hoge')
3
4hoge()

がまったく正しいPythonのコードで、hoge()で関数オブジェクトの呼び出しが起こることになんら不思議さを感じないと言うなら、それと同じように

python
1hoge = 何か関数オブジェクト
2
3hoge()

もまったく正しいPythonのコードであって、そこに不思議さを感じることがおかしいのです。

python
1def hoge():
2    print('HOGE')
3
4print(hoge)  # => <function hoge at 0xXXXXXXXX> (名前hogeを束縛しているオブジェクトが関数オブジェクトだと分かる)
5
6a = hoge  # 名前hogeを束縛しているオブジェクトで名前aを束縛する
7
8hoge()  # => HOGE (名前hogeを束縛しているオブジェクト=hoge関数を引数なしで呼び出す)
9a()  # => HOGE (名前aを束縛しているオブジェクト=hoge関数を引数なしで呼び出す)

というコードを実行して考えてみてください。

名前の束縛の項もぜひ読んでみましょう。
https://docs.python.org/ja/3/reference/executionmodel.html#naming-and-binding

以下の構造で、名前が束縛されます:

関数の仮引数 (formal parameter) 指定
import 文
クラスや関数の定義 (定義を行ったブロックで、クラスや関数名を束縛します)
代入が行われるときの代入対象の識別子
for ループのヘッダ
with 文や except 節の as の後ろ。

と書いてあります。（わかりやすいように箇条書きにしています）

投稿2020/05/17 00:56

編集2020/05/17 10:17

quickquip

総合スコア11235

fL8kZjyKQi2NEst

2020/05/17 08:11

自分の理解力がないのであれば、すみません。 a=add_sound('バックハンドストローク') と定義しているのであれば、関数オブジェクトのaには既に('バックハンドストローク')が含まれているので（）が重複しているのではないかと思ってしまします。システム上こう言うことになっていると言われて仕舞えばそれまでなのですが、実行する時に（）をつける意味として、いまいち理解できていません。 innerがその関数内のみの環境で解決しようとしている関数オブジェクトでありクロージャとはその環境の中で決まった処理を行うことができるシステムであることと理解しました。わかりやすくおしえていただいてありがとうございます。

quickquip

2020/05/18 00:10

a=add_sound('バックハンドストローク') と名前aをいったん束縛するのではなくて add_sound('バックハンドストローク')() が実行可能である理屈を考察する方が近道な気がします。

fL8kZjyKQi2NEst

2020/05/18 08:37

ありがとうございます。プログラミングを０から始めている私にとって、やっぱり公式サイトはちょっとハードルが高くて、一度読んでみたのですが制御フロー？ヘッダー？スイート？とちょっと調べながらじゃ無いと読めませんでした。故に時間がかかってしまって申し訳ないです。しかし、やはり公式サイトには重要なことが書かれていますね・・・・頑張って読み深めていきます・・・・

行動規範の内容に同意します

使いどきはいつか？ということですね。