C#中閉包概念講解
理解C#中的閉包
1、 閉包的含義
首先閉包并不是針對某一特定語言的概念,而是一個通用的概念。除了在各個支持函數(shù)式編程的語言中,我們會接觸到它。一些不支持函數(shù)式編程的語言中也能支持閉包(如java8之前的匿名內(nèi)部類)。
在看過的對于閉包的定義中,個人覺得比較清晰的是在《JavaScript高級程序設計》這本書中看到的。具體定義如下:
閉包是指有權訪問另一個函數(shù)作用域中的變量的函數(shù)。
注意,閉包這個詞本身指的是一種函數(shù)。而創(chuàng)建這種特殊函數(shù)的一種常見方式是在一個函數(shù)中創(chuàng)建另一個函數(shù)。
2、 在C# 中使用閉包(例子選取自《C#函數(shù)式程序設計》)
下面我們通過一個簡單的例子來理解C#閉包
class Program { static void Main(string[] args) { Console.WriteLine(GetClosureFunction()(30)); } static Func<int, int> GetClosureFunction() { int val = 10; Func<int, int> internalAdd = x => x + val; Console.WriteLine(internalAdd(10)); val = 30; Console.WriteLine(internalAdd(10)); return internalAdd; } }
上述代碼的執(zhí)行流程是Main函數(shù)調(diào)用GetClosureFunction函數(shù),GetClosureFunction返回了委托internalAdd并被立即執(zhí)行了。
輸出結果依次為20、40、60
對應到一開始提出的閉包的概念。這個委托internalAdd就是一個閉包,引用了外部函數(shù)GetClosureFunction作用域中的變量val。
注意:internalAdd有沒有被當做返回值和閉包的定義無關。就算它沒有被返回到外部,它依舊是個閉包。
3、 理解閉包的實現(xiàn)原理
我們來分析一下這段代碼的執(zhí)行過程。在一開始,函數(shù)GetClosureFunction內(nèi)定義了一個局部變量val和一個利用lamdba語法糖創(chuàng)建的委托internalAdd。
第一次執(zhí)行委托internalAdd 10 + 10 輸出20
接著改變了被internalAdd引用的局部變量值val,再次以相同的參數(shù)執(zhí)行委托,輸出40。顯然局部變量的改變影響到了委托的執(zhí)行結果。
GetClosureFunction將internalAdd返回至外部,以30作為參數(shù),去執(zhí)行得到的結果是60,和val局部變量最后的值30是一致的。
val 作為一個局部變量。它的生命周期本應該在GetClosureFunction執(zhí)行完畢后就結束了。為什么還會對之后的結果產(chǎn)生影響呢?
我們可以通過反編譯來看下編譯器為我們做的事情。
為了增加可讀性,下面的代碼對編譯器生成的名字進行修改,并對代碼進行了適當?shù)恼怼?/p>
class Program { sealed class DisplayClass { public int val; public int AnonymousFunction(int x) { return x + this.val; } } static void Main(string[] args) { Console.WriteLine(GetClosureFunction()(30)); } static Func<int, int> GetClosureFunction() { DisplayClass displayClass = new DisplayClass(); displayClass.val = 10; Func<int, int> internalAdd = displayClass.AnonymousFunction; Console.WriteLine(internalAdd(10)); displayClass.val = 30; Console.WriteLine(internalAdd(10)); return internalAdd; } }
編譯器創(chuàng)建了一個匿名類(如果不需要創(chuàng)建閉包,匿名函數(shù)只會是與GetClosureFunction生存在同一個類中,并且委托實例會被緩存,參見clr via C# 第四版362頁),并在GetClosureFunction中創(chuàng)建了它實例。局部變量實際上是作為匿名類中的字段存在的。
4、 C#7對于不作為返回值的閉包的優(yōu)化
如果在vs2017中編寫第二節(jié)的代碼。會得到一個提示,詢問是否把lambda表達式(匿名函數(shù))托轉為本地函數(shù)。本地函數(shù)是c#7提供的一個新語法。那么使用本地函數(shù)實現(xiàn)閉包又會有什么區(qū)別呢?
如果還是第二節(jié)那樣的代碼,改成本地函數(shù),查看IL代碼。實際上不會發(fā)生任何變化。
class Program { static void Main(string[] args) { Console.WriteLine(GetClosureFunction()(30)); } static Func<int, int> GetClosureFunction() { int val = 10; int InternalAdd(int x) => x + val; Console.WriteLine(InternalAdd(10)); val = 30; Console.WriteLine(InternalAdd(10)); return InternalAdd; } }
但是當internalAdd不需要被返回時,結果就不一樣了。
下面分別來看下匿名函數(shù)和本地函數(shù)創(chuàng)建不作為返回值的閉包的時候演示代碼及經(jīng)整理的反編譯代碼。
匿名函數(shù)
static void GetClosureFunction() { int val = 10; Func<int, int> internalAdd = x => x + val; Console.WriteLine(internalAdd(10)); val = 30; Console.WriteLine(internalAdd(10)); }
經(jīng)整理的反編譯代碼
sealed class DisplayClass { public int val; public int AnonymousFunction(int x) { return x + this.val; } } static void GetClosureFunction() { DisplayClass displayClass = new DisplayClass(); displayClass.val = 10; Func<int, int> internalAdd = displayClass.AnonymousFunction; Console.WriteLine(internalAdd(10)); displayClass.val = 30; Console.WriteLine(internalAdd(10)); }
本地函數(shù)
class Program { static void Main(string[] args) { } static void GetClosureFunction() { int val = 10; int InternalAdd(int x) => x + val; Console.WriteLine(InternalAdd(10)); val = 30; Console.WriteLine(InternalAdd(10)); } }
經(jīng)整理的反編譯代碼
// 變化點1:由原來的class改為了struct struct DisplayClass { public int val; public int AnonymousFunction(int x) { return x + this.val; } } static void GetClosureFunction() { DisplayClass displayClass = new DisplayClass(); displayClass.val = 10; // 變化點2:不再構建委托實例,直接調(diào)用值類型的實例方法 Console.WriteLine(displayClass.AnonymousFunction(10)); displayClass.val = 30; Console.WriteLine(displayClass.AnonymousFunction(10)); }
上述這兩點變化在一定程度上能夠帶來性能的提升,目前的理解是,用結構體代替類,結構體實例能夠在方法跑完后就立即釋放,不需要等待垃圾回收,所以在官方的推薦中,如果委托的使用不是必要的,更推薦使用本地函數(shù)而非匿名函數(shù)。
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