一文彻底理解Golang闭包实现原理

目录

• 前言
• 函数一等公民
• 作用域
• 实现闭包
• 闭包扫描
• 闭包赋值
• 闭包函数调用
• 函数式编程
• 总结

前言

闭包对于一个长期写 Java 的开发者来说估计鲜有耳闻，我在写 python 和 Go 之前也是没怎么了解，光这名字感觉就www.devze.com有点"神秘莫测"，这篇文章的主要目的就是从编译器的角度来分析闭包，彻底搞懂闭包的实现原理。

函数一等公民

一门语言在实现闭包之前首先要具有的特性就是：First class function 函数是第一公民。

简单来说就是函数可以像一个普通的值一样在函数中传递，也能对变量赋值。

先来看看在 Go 里是如何编写的：

package main

import "fmt"

var varExternal int

func f1() func(int) int {
	varInner := 20
	innerFun :编程客栈= func(a int) int {
		fmt.Println(a)
		varExternal++
		varInner++
		return varInner
	}
	return innerFun
}

func main() {
	varExternal = 10
	f2 := f1()
	for i := 0; i < 2; i++ {
		fmt.Printf("varInner=%d, varExternal=%d \n", f2(i), varExternal)
	}
	fmt.Println("======")

	f3 := f1()
	for i := 0; i < 2; i++ {
		fmt.Printf("varInner=%d, varExternal=%d \n", f3(i), varExternal)
	}
}

// Output:
0
varInner=21, varExternal=11 
1
varInner=22, varExternal=12 
======
0
varInner=21, varExternal=13 
1
varInner=22, varExternal=14 

这里体现了闭包的两个重要特性，第一个自然就是函数可以作为值返回，同时也能赋值给变量。

第二个就是在闭包函数 f1() 对闭包变量 varInner 的访问，每个闭包函数的引用都会在自己的函数内部保存一份闭包变量 varInner，这样在调用过程中就不会互相影响。

从打印的结果中也能看出这个特性。

作用域

闭包之所以不太好理解的主要原因是它不太符合自觉。

本质上就是作用域的关系，当我们调用 f1() 函数的时候，会在栈中分配变量 varInner，正常情况下调用完毕后 f1 的栈会弹出，里面的变量 varInner 自然也会销毁才对。

但在后续的 f2() 和 f3() 调用的时，却依然能访问到 varInner，就这点不符合我们对函数调用的直觉。

但其实换个角度来看，对 innerFun 来说，他能访问到 varExternal 和 varInner 变量，最外层的 varExternal 就不用说了，一定是可以访问的。

但对于 varInner 来说就不一定了，这里得分为两种情况；重点得看该语言是静态/动态作用域。

就静态作用域编程来说，每个符号在编译器就确定好了树状关系，运行时不会发生变化；也就是说 varInner 对于 innerFun 这个函数来说在编译期已经确定可以访问了，在运行时自然也是可以访问的。

但对于动态作用域来说，完全是在运行时才确定访问的变量是哪一个。

恰好 Go 就是一个静态作用域的语言，所以返回的 innerFun 函数可以一直访问到 varInner 变量。

实现闭包

但 Go 是如何做到在 f1() 函数退出之后依然能访问到 f1() 中的变量呢？

这里我们不妨大胆假设一下：

首先在编译期扫描出哪些是闭包变量，也就是这里的 varInner，需要将他保存到函数 innerFun() 中。

f2 := f1()
f2()

运行时需要判断出 f2 是一个函数，而不是一个变量，同时得知道它所包含的函数体是 innerFun() 所定义的。

接着便是执行函数体的 statement 即可。

而当 f3 := f1() 重新赋值给 f3 时，在 f2 中累加的 varInner 变量将不会影响到 f3，这就得需要在给 f3 赋值的重新赋值一份闭包变量到 f3 中，这样便能达到互不影响的效果。

闭包扫描

GScript 本身也是支持闭包的，所以把 Go 的代码翻译过来便长这样：

int varExternal =10;
func int(int) f1(){
	int varInner = 20;
	int innerFun(int a){
		println(a);
		int c=100;
		varExternal++;
		varInner++;
		return varInner;
	}
	return innerFun;
}

func int(int) f2 = f1();
for(int i=0;i<2;i++){
	println("varInner=" + f2(i) + ", varExternal=" + varExternal);
}
println("=======");
func int(int) f3 = f1();
for(int i=0;i<2;i++){
	println("varInner=" + f3(i) + ", varExternal=" + varExwww.devze.comternal);
}

// Output:
0
varInner=21, varExternal=11
1
varInner=22, varExternal=12
=======
0
varInner=21, varExternal=13
1
varInner=22, varExternal=14

可以看到运行结果和 Go 的一样，所以我们来看看 GScript 是如何实现的便也能理解 Go 的原理了。

先来看看第一步扫描闭包变量：

allVariable := c.allVariable(function)查询所有的变量，包括父 开发者_Python学习;scope 的变量。

scopeVariable := c.currentScopeVariable(function)查询当前 scope 包含下级所有 scope 中的变量，这样一减之后就能知道闭包变量了，然后将所有的闭包变量存放进闭包函数中。

闭包赋值

之后在 return innerFun 处，将闭包变量的数据赋值到变量中。

闭包函数调用

func int(int) f2 = f1();

func int(int) f3 = f1();

在这里每一次赋值时，都会把 f1() 返回函android数复制到变量 f2/f3 中，这样两者所包含的闭包变量就不会互相影响。

在调用函数变量时，判断到该变量是一个函数，则直接返回函数。

之后直接调用该函数即可。

函数式编程

接下来便可以利用 First class function 来试试函数式编程：

class Test{
	int value=0;
	Test(int v){
		value=v;
	}

	int map(func int(int) f){
		return f(value);
	}
}
int square(int v){
	return v*v; 
}
int add(int v){
	return v++; 
}
int add2(int v){
	v=v+2;
	return v; 
}
Test t =Test(100);
func int(int) s= square;
func int(int) a= add;
func int(int) a2= add2;
println(t.map(s));
assertEqual(t.map(s),10000);

println(t.map(a));
assertEqual(t.map(a),101);

println(t.map(a2));
assertEqual(t.map(a2),102);

这个有点类似于 Java 中流的 map 函数，将函数作为值传递进去，后续支持匿名函数后会更像是函数式编程，现在必须得先定义一个函数变量再进行传递。

除此之外在 GScript 中的 http 标准库也利用了函数是一等公民的特性：

// 标准库：Bind route
httpHandle(string method, string path, func (HttpContext) handle){
    HttpContext ctx = HttpContext();
    handle(ctx);
}

在绑定路由时，handle 便是一个函数，使用的时候直接传递业务逻辑的 handle 即可：

func (HttpContext) handle (HttpContext ctx){
    Person p = Person();
    p.name = "abc";
    println("p.name=" + p.name);
    println("ctx=" + ctx);
    ctx.jsON(200, p);
}
httpHandle("get", "/p", handle);

总结

总的来说闭包具有以下特性：

• 函数需要作为一等公民。
• 编译期扫描出所有的闭包变量。
• 在返回闭包函数时，为闭包变量赋值。
• 每次创建新的函数变量时，需要将闭包数据复制进去，这样闭包变量才不会互相影响。
• 调用函数变量时，需要判断为函数，而不是变量。

可以在 Playground 中体验闭包函数打印裴波那切数列的运用。

到此这篇关于一文彻底理解golang闭包实现原理 的文章就介绍到这了,更多相关Golang闭包内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！