Python中两种Lambda写法差异及生成器函数问题解析

我们需要实现Python生成器函数repeated，它生成的函数是对单参数函数f重复应用的结果：第一个生成的是应用f0次的恒等函数，第二个是应用1次的函数，以此类推。对应的doctest如下：

def repeated(f):
    """
    >>> double = lambda x: 2 * x
    >>> funcs = repeated(double)
    >>> identity = next(funcs)
    >>> double = next(funcs)
    >>> quad = next(funcs)
    >>> oct = next(funcs)
    >>> quad(1)
    4
    >>> oct(1)
    8
    >>> [g(1) for _, g in
    ...  zip(range(5), repeated(lambda x: 2 * x))]
    [1, 2, 4, 8, 16]
    """

最初尝试的实现代码：

def repeated(f):
    g = lambda x: x
    while 1:
        yield g
        g = lambda x: f(g(x))

问题1 #

上述代码中，g = lambda x: f(g(x))会触发最大递归深度错误，但改成g = (lambda h: lambda x: f(h(x)))(g)就能正常运行，这是为什么？两种写法有什么差异？

解答 #

核心原因是Python中lambda对变量的延迟绑定特性：

• 第一种写法g = lambda x: f(g(x))里，lambda内部的g不会在定义时就确定值，而是等到lambda被调用时才去查找当前g的指向。当后续循环中g被不断重新赋值，之前生成的所有lambda都会引用最新的g，最终调用时会陷入无限递归（每个lambda调用时都会调用最新的g，而最新的g又指向自身逻辑）。
• 第二种写法通过立即绑定解决了这个问题：外层lambda h: ...会立即接收当前的g作为参数h，内层lambda引用的是外层lambda的局部变量h，这个h的值在调用外层lambda时就被固定为当时的g，不会被后续g的赋值修改。相当于给当前的g拍了个快照，把它的行为固定下来，避免了变量变化带来的绑定混乱。

问题2 #

下面这段代码几乎能通过doctest，但quad(1)测试失败：预期返回4，实际返回8。把yield lambda x: g(x)改成yield g后就能通过测试，lambda x: g(x)和g有什么差异？

对应的代码：

def repeated(f):
    g = lambda x: x
    while 1:
        yield lambda x: g(x)
        g = (lambda h: lambda x: f(h(x)))(g)

解答 #

差异依然来自变量绑定的时机：

• yield g直接返回的是当前的g函数对象，这个对象的行为已经被固定（比如第一次yield的是恒等函数，第二次是应用一次f的函数），后续g的重新赋值不会影响已经返回的这个函数。
• yield lambda x: g(x)返回的是一个新的lambda，它同样是延迟绑定g的。当后续循环中g被更新为新的函数（比如从恒等函数变成double，再变成quad），之前返回的lambda在被调用时，会使用最新的g值。比如quad变量接收的是第三次yield的lambda，此时g已经被更新为对应oct的函数，所以调用quad(1)时，实际执行的是最新的g(1)，得到8而非预期的4。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Lurx