帶你了解go語(yǔ)言中的閉包

【導(dǎo)讀】什么是閉包？什么場(chǎng)景下會(huì)用閉包？本文對(duì) go 語(yǔ)言中的閉包做了詳細(xì)介紹。

閉包是由函數(shù)及其相關(guān)引用環(huán)境組合而成的實(shí)體(即：閉包=函數(shù)+引用環(huán)境)。

Go中的閉包

閉包是函數(shù)式語(yǔ)言中的概念，沒(méi)有研究過(guò)函數(shù)式語(yǔ)言的用戶可能很難理解閉包的強(qiáng)大，相關(guān)的概念超出了本書(shū)的范圍。Go語(yǔ)言是支持閉包的，這里只是簡(jiǎn)單地講一下在Go語(yǔ)言中閉包是如何實(shí)現(xiàn)的。

复制funcf(iint)func()int{
returnfunc()int{
i++
returni
}
}

函數(shù)f返回了一個(gè)函數(shù)，返回的這個(gè)函數(shù)，返回的這個(gè)函數(shù)就是一個(gè)閉包。這個(gè)函數(shù)中本身是沒(méi)有定義變量i的，而是引用了它所在的環(huán)境（函數(shù)f）中的變量i。

复制c1:=f(0)
c2:=f(0)
c1()//referencetoi,i=0,return1
c2()//referencetoanotheri,i=0,return1

c1跟c2引用的是不同的環(huán)境，在調(diào)用i++時(shí)修改的不是同一個(gè)i，因此兩次的輸出都是1。函數(shù)f每進(jìn)入一次，就形成了一個(gè)新的環(huán)境，對(duì)應(yīng)的閉包中，函數(shù)都是同一個(gè)函數(shù)，環(huán)境卻是引用不同的環(huán)境。

變量i是函數(shù)f中的局部變量，假設(shè)這個(gè)變量是在函數(shù)f的棧中分配的，是不可以的。因?yàn)楹瘮?shù)f返回以后，對(duì)應(yīng)的棧就失效了，f返回的那個(gè)函數(shù)中變量i就引用一個(gè)失效的位置了。所以閉包的環(huán)境中引用的變量不能夠在棧上分配。

escape analyze

在繼續(xù)研究閉包的實(shí)現(xiàn)之前，先看一看Go的一個(gè)語(yǔ)言特性：

复制funcf()*Cursor{
varcCursor
c.X=500
noinline()
return&c
}

Cursor是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，這種寫(xiě)法在C語(yǔ)言中是不允許的，因?yàn)樽兞縞是在棧上分配的，當(dāng)函數(shù)f返回后c的空間就失效了。但是，在Go語(yǔ)言規(guī)范中有說(shuō)明，這種寫(xiě)法在Go語(yǔ)言中合法的。語(yǔ)言會(huì)自動(dòng)地識(shí)別出這種情況并在堆上分配c的內(nèi)存，而不是函數(shù)f的棧上。

為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，可以觀察函數(shù)f生成的匯編代碼：

复制MOVQ$type."".Cursor+0(SB),(SP)//取變量c的類型，也就是Cursor
PCDATA$0,$16
PCDATA$1,$0
CALL,runtime.new(SB)//調(diào)用new函數(shù)，相當(dāng)于new(Cursor)
PCDATA$0,$-1
MOVQ8(SP),AX//取c.X的地址放到AX寄存器
MOVQ$500,(AX)//將AX存放的內(nèi)存地址的值賦為500
MOVQAX,"".~r0+24(FP)
ADDQ$16,SP

識(shí)別出變量需要在堆上分配，是由編譯器的一種叫escape analyze的技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。如果輸入命令：

复制gobuild--gcflags=-mmain.go

可以看到輸出：

复制./main.gomovedtoheap:c
./main.go&cescapestoheap

表示c逃逸了，被移到堆中。escape analyze可以分析出變量的作用范圍，這是對(duì)垃圾回收很重要的一項(xiàng)技術(shù)。

閉包結(jié)構(gòu)體

回到閉包的實(shí)現(xiàn)來(lái)，前面說(shuō)過(guò)，閉包是函數(shù)和它所引用的環(huán)境。那么是不是可以表示為一個(gè)結(jié)構(gòu)體呢：

复制typeClosurestruct{
Ffunc()()
i*int
}

事實(shí)上，Go在底層確實(shí)就是這樣表示一個(gè)閉包的。讓我們看一下匯編代碼：

复制funcf(iint)func()int{
returnfunc()int{
i++
returni
}
}


MOVQ$type.int+0(SB),(SP)
PCDATA$0,$16
PCDATA$1,$0
CALL,runtime.new(SB)//是不是很熟悉，這一段就是i=new(int)
...
MOVQ$type.struct{Fuintptr;A0*int}+0(SB),(SP)//這個(gè)結(jié)構(gòu)體就是閉包的類型
...
CALL,runtime.new(SB)//接下來(lái)相當(dāng)于new(Closure)
PCDATA$0,$-1
MOVQ8(SP),AX
NOP,
MOVQ$"".func·001+0(SB),BP
MOVQBP,(AX)//函數(shù)地址賦值給Closure的F部分
NOP,
MOVQ"".&i+16(SP),BP//將堆中new的變量i的地址賦值給Closure的值部分
MOVQBP,8(AX)
MOVQAX,"".~r1+40(FP)
ADDQ$24,SP
RET,

其中func·001是另一個(gè)函數(shù)的函數(shù)地址，也就是f返回的那個(gè)函數(shù)。

小結(jié)

1. Go語(yǔ)言支持閉包
2. Go語(yǔ)言能通過(guò)escape analyze識(shí)別出變量的作用域，自動(dòng)將變量在堆上分配。將閉包環(huán)境變量在堆上分配是Go實(shí)現(xiàn)閉包的基礎(chǔ)。
3. 返回閉包時(shí)并不是單純返回一個(gè)函數(shù)，而是返回了一個(gè)結(jié)構(gòu)體，記錄下函數(shù)返回地址和引用的環(huán)境中的變量地址。

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