Pyhtonでクロージャを使おうとして、Pythonの変数スコープにハマった話

クロージャは便利です。

以下のようなコードを書いて、期待と動作が違ったので数時間を溶かしてしまいました。詳しい人から見れば常識なのでしょうが…

import threading
import itertools
import time

A = [1,2,3]
B = ['a', 'b', 'c']

def main():
  for prod in itertools.product(A,B):
    # `prod` を束縛したクロージャを作る
    def f():
      for i in range(10):
        # このクロージャは、prodの値を10回表示して終了する
        print(prod)
        time.sleep(0.5)
    if prod == (1,'a'):
      # `prod`の値が (1,'a')のときだけクロージャ発動
      t = threading.Thread(target=f)
      t.start()
    time.sleep(1)

main()

さて、クロージャfは変数prodを束縛して、それをただ表示させているだけです。prodの値が(1,'a')のときだけクロージャを作成して起動しているのですから、出力は以下のようになると期待しました。

# 期待される出力
(1, 'a')
(1, 'a')
(1, 'a')
(1, 'a')
(1, 'a')
(1, 'a')
(1, 'a')
(1, 'a')
(1, 'a')
(1, 'a')

ところが実際の出力はこうなります

# 実際の出力
(1, 'a')
(1, 'a')
(1, 'b')
(1, 'b')
(1, 'c')
(1, 'c')
(2, 'a')
(2, 'a')
(2, 'b')
(2, 'b')

こうなる理由は以下のとおりです。スコープ外の変数を参照するクロージャを作った場合、そのクロージャのスコープに束縛されるのではなく、スコープ内で代入されない限りは上位レベルのスコープが参照されます。なので上位スコープ（参照サンプルコードの場合はグローバルスコープ）のprodの値が参照されるので、forループによって変数の値が変更されると、それを反映してしまいます。一般的に、このルールはグローバル変数への適用において遭遇することが多いですが、関数スコープ内でクロージャを作成するときにも適用されるんですね。

コードを以下のように直せば、期待通りに動きます

import threading
import itertools
import time

A = [1,2,3]
B = ['a', 'b', 'c']

def main():
  for prod in itertools.product(A,B):
    # `prod` を束縛したクロージャを作る
    def f():
      prod2 = prod  # <---- 新たな変数prod2へ代入する
      for i in range(10):
        # このクロージャは、prod2の値を10回表示して終了する
        print(prod2)
        time.sleep(0.5)
    if prod == (1,'a'):
      # `prod`の値が (1,'a')のときだけクロージャ発動
      t = threading.Thread(target=f)
      t.start()
    time.sleep(1)

main()

まとめ

Hy使おう（錯乱）