全網最通透的 “閉包” 認知 · 跨越語言

作者 | 小碼甲       責編 | 歐陽姝黎

閉包作爲前端面試的必考題目，常讓 1-3 年工作經驗的 JavaScripter 感到困惑，其實主流語言都有閉包。

今天我們深入聊一聊 [閉包]， 查缺補漏！

  1. 以面試題 ·  投石問路 

  2. 以 C# 閉包 ·  庖丁解牛 

  3. 跨越語言 · 追本溯源  

    • 頭等函數   

    • 自由變量   

    • 詞法作用域

  4. 答面試題 · 返璞歸真

投石問路

===========

調用下面函數，輸出結果是什麼樣呢？

static void Closure1()
{
   for (int i = 0; i < 5; i++)
   {                 
     Task.Run(()=> Console.WriteLine(i));
   }
}
//  輸出：
5
5
5
5
5

是不是很意外？如何輸出原本預期的 0,1,2,3,4。

bingo， 加一個臨時變量就可以解決。

static void Closure2()
{
   for (int i = 0; i < 5; i++)
   {
      int j = i;
      Task.Run(() => Console.WriteLine(j));
   }
}
// 輸出:
3
0
1
4
2
//  多次執行的結果不一樣，但是總是會保持輸出 0,1,2,3,4 的亂序組合

以上閉包概念涉及到 Task 任務，理解起來更加複雜，我們來看一個基礎的 C# 閉包。

庖丁解牛

一個閉包就是一個 “捕獲” 了其生成的環境中、所引用的自由變量的函數。
這個被引用的自由變量將和這個函數一同存在，即使已經離開了創造它的環境也不例外。

 static void Closure()
 {
    var x = 1;
    Action action= () =>
      {
         var y = 1;
         var result = x + y;
         Console.WriteLine(result);
         x++;
      };
    action();
    action();
}
// 輸出:
  2
  3

我們首先定義了一個委託 action，它引用了 “x” 變量（x 變量既不是入參，也不是委託內的局部變量）， 這個變量將被 action" 捕獲”，被自動添加到 action 的運行環境。

當我們執行 action 時，原始的 “x” 已經脫離了它被引用時的作用域環境，但是兩次執行能輸出 2,3 說明它脫離原引用環境仍然能用。

當你在代碼調試器（debugger）裏觀察 “action” 時，可以看到 C# 編譯器爲我們創建了一個 Target 屬性，裏面封裝了 x 變量：

源碼追溯，委託繼承自 Delegate 抽象類，Delegate 類有個 Target 屬性 (獲取當前委託調用實例方法的實例類） 。
至此可以猜想: 我們每次執行委託，實際是是執行某個匿名類上的實例方法。

都說了閉包是跨越語言的設計， 至少我知道 JavaScript C# Go 都有閉包。

追本溯源

閉包是詞法閉包的簡稱，維基百科上是這樣定義的：
“在計算機編程中，閉包是在詞法環境中綁定自由變量的頭等函數”。

頭等函數

頭等函數 (First Class) 意味着語言將其視爲第一類數據類型的函數, 意味着你可以將函數分配給一個變量 (或作爲參數傳遞），然後像正常函數一樣調用。

很明顯，C# 常使用的委託（C# 委託的演進：匿名函數 -->lambda 表達式）是頭等函數。

Func<string,string> myFunc = delegate(string var1)
                                {
                                    return "some value";   
                                };
Func<string,string> myFunc = var1 => "some value";  
string myVar = myFunc("something");

自由變量

自由變量是在匿名函數 / lambda 表達式中被引用的變量，它不是函數的參數也不是函數的局部變量。

var myVar = "this is good";
Func<string,string> myFunc = delegate(string var1)
                                {
                                    return var1 + myVar;   
                                };

詞法作用域引用的自由變量，注意，是引用自由變量，並不是使用當時自由變量的值。

☺️通俗點， 就是告知這個變量環境，我這個匿名函數等會執行時要用到這個變量；如果我沒被銷燬，你不能銷燬我引用的自由變量。

我們再回過頭來看 [投石問路] 的面試題。

返璞歸真

首先你要知道：循環內開啓的 Task 任務，並不保證執行順序。

Demo1：輸出 5,5,5,5,5

這是因爲在 for 循環內，開啓了 5 個 Task 任務，每個任務均引用了自由變量 i （相對於每個任務執行環境，i 屬於全局變量）；
for 循環先執行完，i=5， 5 個任務輸出時自然得到值 5。

爲什麼加上臨時變量就能輸出 "預期"？

Demo2：輸出亂序的 0,1,2,3,4

這是因爲 在 for 循環內，每次循環 j 均拷貝自當時的 i，每個任務均引用了自由變量 j （每個任務執行環境均維護了一個變量 j）；
任務亂序執行時依舊能獲取本任務綁定的自由變量 j。

有這樣的認知，理解 JavaScript 閉包也就不難了。

總結

本文屏蔽語言差異，理清了 [閉包] 的概念核心： 頭等函數、自由變量，不僅能幫助我們應對多語種有關閉包的面試題， 也幫助我們瞭解 [閉包] 在通用語言中的設計初衷。

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來源：https://mp.weixin.qq.com/s/2dM3wm_tn4aQbliSTpXbzA

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