Go语言闭包(Closure)
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2023-03-14
Go语言中闭包是引用了自由变量的函数,被引用的自由变量和函数一同存在,即使已经离开了自由变量的环境也不会被释放或者删除,在闭包中可以继续使用这个自由变量,因此,简单的说:
图:闭包与函数引用
一个函数类型就像结构体一样,可以被实例化,函数本身不存储任何信息,只有与引用环境结合后形成的闭包才具有“记忆性”,函数是编译期静态的概念,而闭包是运行期动态的概念。
闭包对环境中变量的引用过程也可以被称为“捕获”,在 C++11 标准中,捕获有两种类型,分别是引用和复制,可以改变引用的原值叫做“引用捕获”,捕获的过程值被复制到闭包中使用叫做“复制捕获”。
在 Lua 语言中,将被捕获的变量起了一个名字叫做 Upvalue,因为捕获过程总是对闭包上方定义过的自由变量进行引用。
闭包在各种语言中的实现也是不尽相同的,在 Lua 语言中,无论闭包还是函数都属于 Prototype 概念,被捕获的变量以 Upvalue 的形式引用到闭包中。
C++ 与 C# 中为闭包创建了一个类,而被捕获的变量在编译时放到类中的成员中,闭包在访问被捕获的变量时,实际上访问的是闭包隐藏类的成员。
代码输出:
累加器的实现:
对比输出的日志发现 accumulator 与 accumulator2 输出的函数地址不同,因此它们是两个不同的闭包实例。
每调用一次 accumulator 都会自动对引用的变量进行累加。
玩家生成器的实现:
闭包还具有一定的封装性,第 11 行的变量是 playerGen 的局部变量,playerGen 的外部无法直接访问及修改这个变量,这种特性也与面向对象中强调的封装性类似。
函数 + 引用环境 = 闭包
同一个函数与不同引用环境组合,可以形成不同的实例,如下图所示。图:闭包与函数引用
一个函数类型就像结构体一样,可以被实例化,函数本身不存储任何信息,只有与引用环境结合后形成的闭包才具有“记忆性”,函数是编译期静态的概念,而闭包是运行期动态的概念。
其它编程语言中的闭包
闭包(Closure)在某些编程语言中也被称为 Lambda 表达式。闭包对环境中变量的引用过程也可以被称为“捕获”,在 C++11 标准中,捕获有两种类型,分别是引用和复制,可以改变引用的原值叫做“引用捕获”,捕获的过程值被复制到闭包中使用叫做“复制捕获”。
在 Lua 语言中,将被捕获的变量起了一个名字叫做 Upvalue,因为捕获过程总是对闭包上方定义过的自由变量进行引用。
闭包在各种语言中的实现也是不尽相同的,在 Lua 语言中,无论闭包还是函数都属于 Prototype 概念,被捕获的变量以 Upvalue 的形式引用到闭包中。
C++ 与 C# 中为闭包创建了一个类,而被捕获的变量在编译时放到类中的成员中,闭包在访问被捕获的变量时,实际上访问的是闭包隐藏类的成员。
在闭包内部修改引用的变量
闭包对它作用域上部的变量可以进行修改,修改引用的变量会对变量进行实际修改,通过下面的例子来理解:// 准备一个字符串 str := "hello world" // 创建一个匿名函数 foo := func() { // 匿名函数中访问str str = "hello dude" } // 调用匿名函数 foo()代码说明如下:
- 第 2 行,准备一个字符串用于修改。
- 第 5 行,创建一个匿名函数。
- 第 8 行,在匿名函数中并没有定义 str,str 的定义在匿名函数之前,此时,str 就被引用到了匿名函数中形成了闭包。
- 第 12 行,执行闭包,此时 str 发生修改,变为 hello dude。
代码输出:
hello dude
示例:闭包的记忆效应
被捕获到闭包中的变量让闭包本身拥有了记忆效应,闭包中的逻辑可以修改闭包捕获的变量,变量会跟随闭包生命期一直存在,闭包本身就如同变量一样拥有了记忆效应。累加器的实现:
package main import ( "fmt" ) // 提供一个值, 每次调用函数会指定对值进行累加 func Accumulate(value int) func() int { // 返回一个闭包 return func() int { // 累加 value++ // 返回一个累加值 return value } } func main() { // 创建一个累加器, 初始值为1 accumulator := Accumulate(1) // 累加1并打印 fmt.Println(accumulator()) fmt.Println(accumulator()) // 打印累加器的函数地址 fmt.Printf("%p\n", &accumulator) // 创建一个累加器, 初始值为1 accumulator2 := Accumulate(10) // 累加1并打印 fmt.Println(accumulator2()) // 打印累加器的函数地址 fmt.Printf("%p\n", &accumulator2) }代码说明如下:
- 第 8 行,累加器生成函数,这个函数输出一个初始值,调用时返回一个为初始值创建的闭包函数。
- 第 11 行,返回一个闭包函数,每次返回会创建一个新的函数实例。
- 第 14 行,对引用的 Accumulate 参数变量进行累加,注意 value 不是第 11 行匿名函数定义的,但是被这个匿名函数引用,所以形成闭包。
- 第 17 行,将修改后的值通过闭包的返回值返回。
- 第 24 行,创建一个累加器,初始值为 1,返回的 accumulator 是类型为 func()int 的函数变量。
- 第 27 行,调用 accumulator() 时,代码从 11 行开始执行匿名函数逻辑,直到第 17 行返回。
- 第 32 行,打印累加器的函数地址。
对比输出的日志发现 accumulator 与 accumulator2 输出的函数地址不同,因此它们是两个不同的闭包实例。
每调用一次 accumulator 都会自动对引用的变量进行累加。
示例:闭包实现生成器
闭包的记忆效应被用于实现类似于 设计模式中工厂模式的生成器,下面的例子展示了创建一个玩家生成器的过程。玩家生成器的实现:
package main import ( "fmt" ) // 创建一个玩家生成器, 输入名称, 输出生成器 func playerGen(name string) func() (string, int) { // 血量一直为150 hp := 150 // 返回创建的闭包 return func() (string, int) { // 将变量引用到闭包中 return name, hp } } func main() { // 创建一个玩家生成器 generator := playerGen("high noon") // 返回玩家的名字和血量 name, hp := generator() // 打印值 fmt.Println(name, hp) }代码输出如下:
high noon 150
代码说明如下:- 第 8 行,playerGen() 需要提供一个名字来创建一个玩家的生成函数。
- 第 11 行,声明并设定 hp 变量为 150。
- 第 14~18 行,将 hp 和 name 变量引用到匿名函数中形成闭包。
- 第 24 行中,通过 playerGen 传入参数调用后获得玩家生成器。
- 第 27 行,调用这个玩家生成器函数,可以获得玩家的名称和血量。
闭包还具有一定的封装性,第 11 行的变量是 playerGen 的局部变量,playerGen 的外部无法直接访问及修改这个变量,这种特性也与面向对象中强调的封装性类似。