一文徹底理解Golang閉包實現(xiàn)原理
前言
閉包對于一個長期寫 Java
的開發(fā)者來說估計鮮有耳聞,我在寫 Python
和 Go
之前也是沒怎么了解,光這名字感覺就有點"神秘莫測",這篇文章的主要目的就是從編譯器的角度來分析閉包,徹底搞懂閉包的實現(xiàn)原理。
函數(shù)一等公民
一門語言在實現(xiàn)閉包之前首先要具有的特性就是:First class function
函數(shù)是第一公民。
簡單來說就是函數(shù)可以像一個普通的值一樣在函數(shù)中傳遞,也能對變量賦值。
先來看看在 Go 里是如何編寫的:
package main import "fmt" var varExternal int func f1() func(int) int { varInner := 20 innerFun := 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
這里體現(xiàn)了閉包的兩個重要特性,第一個自然就是函數(shù)可以作為值返回,同時也能賦值給變量。
第二個就是在閉包函數(shù) f1()
對閉包變量 varInner
的訪問,每個閉包函數(shù)的引用都會在自己的函數(shù)內(nèi)部保存一份閉包變量 varInner
,這樣在調(diào)用過程中就不會互相影響。
從打印的結(jié)果中也能看出這個特性。
作用域
閉包之所以不太好理解的主要原因是它不太符合自覺。
本質(zhì)上就是作用域的關(guān)系,當(dāng)我們調(diào)用 f1()
函數(shù)的時候,會在棧中分配變量 varInner
,正常情況下調(diào)用完畢后 f1
的棧會彈出,里面的變量 varInner
自然也會銷毀才對。
但在后續(xù)的 f2()
和 f3()
調(diào)用的時,卻依然能訪問到 varInner
,就這點不符合我們對函數(shù)調(diào)用的直覺。
但其實換個角度來看,對 innerFun
來說,他能訪問到 varExternal
和 varInner
變量,最外層的 varExternal
就不用說了,一定是可以訪問的。
但對于 varInner
來說就不一定了,這里得分為兩種情況;重點得看該語言是靜態(tài)/動態(tài)作用域。
就靜態(tài)作用域來說,每個符號在編譯器就確定好了樹狀關(guān)系,運行時不會發(fā)生變化;也就是說 varInner
對于 innerFun
這個函數(shù)來說在編譯期已經(jīng)確定可以訪問了,在運行時自然也是可以訪問的。
但對于動態(tài)作用域來說,完全是在運行時才確定訪問的變量是哪一個。
恰好 Go
就是一個靜態(tài)作用域的語言,所以返回的 innerFun
函數(shù)可以一直訪問到 varInner
變量。
實現(xiàn)閉包
但 Go 是如何做到在 f1()
函數(shù)退出之后依然能訪問到 f1()
中的變量呢?
這里我們不妨大膽假設(shè)一下:
首先在編譯期掃描出哪些是閉包變量,也就是這里的 varInner
,需要將他保存到函數(shù) innerFun()
中。
f2 := f1() f2()
運行時需要判斷出 f2
是一個函數(shù),而不是一個變量,同時得知道它所包含的函數(shù)體是 innerFun()
所定義的。
接著便是執(zhí)行函數(shù)體的 statement
即可。
而當(dāng) f3 := f1()
重新賦值給 f3
時,在 f2
中累加的 varInner
變量將不會影響到 f3
,這就得需要在給 f3
賦值的重新賦值一份閉包變量到 f3
中,這樣便能達(dá)到互不影響的效果。
閉包掃描
GScript
本身也是支持閉包的,所以把 Go 的代碼翻譯過來便長這樣:
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=" + varExternal); } // Output: 0 varInner=21, varExternal=11 1 varInner=22, varExternal=12 ======= 0 varInner=21, varExternal=13 1 varInner=22, varExternal=14
可以看到運行結(jié)果和 Go 的一樣,所以我們來看看 GScript
是如何實現(xiàn)的便也能理解 Go 的原理了。
先來看看第一步掃描閉包變量:
allVariable := c.allVariable(function)
查詢所有的變量,包括父 scope
的變量。
scopeVariable := c.currentScopeVariable(function)
查詢當(dāng)前 scope
包含下級所有 scope
中的變量,這樣一減之后就能知道閉包變量了,然后將所有的閉包變量存放進(jìn)閉包函數(shù)中。
閉包賦值
之后在 return innerFun
處,將閉包變量的數(shù)據(jù)賦值到變量中。
閉包函數(shù)調(diào)用
func int(int) f2 = f1(); func int(int) f3 = f1();
在這里每一次賦值時,都會把 f1()
返回函數(shù)復(fù)制到變量 f2/f3
中,這樣兩者所包含的閉包變量就不會互相影響。
在調(diào)用函數(shù)變量時,判斷到該變量是一個函數(shù),則直接返回函數(shù)。
之后直接調(diào)用該函數(shù)即可。
函數(shù)式編程
接下來便可以利用 First class function
來試試函數(shù)式編程:
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);
這個有點類似于 Java 中流的 map 函數(shù),將函數(shù)作為值傳遞進(jìn)去,后續(xù)支持匿名函數(shù)后會更像是函數(shù)式編程,現(xiàn)在必須得先定義一個函數(shù)變量再進(jìn)行傳遞。
除此之外在 GScript
中的 http
標(biāo)準(zhǔn)庫也利用了函數(shù)是一等公民的特性:
// 標(biāo)準(zhǔn)庫:Bind route httpHandle(string method, string path, func (HttpContext) handle){ HttpContext ctx = HttpContext(); handle(ctx); }
在綁定路由時,handle
便是一個函數(shù),使用的時候直接傳遞業(yè)務(wù)邏輯的 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);
總結(jié)
總的來說閉包具有以下特性:
- 函數(shù)需要作為一等公民。
- 編譯期掃描出所有的閉包變量。
- 在返回閉包函數(shù)時,為閉包變量賦值。
- 每次創(chuàng)建新的函數(shù)變量時,需要將閉包數(shù)據(jù)復(fù)制進(jìn)去,這樣閉包變量才不會互相影響。
- 調(diào)用函數(shù)變量時,需要判斷為函數(shù),而不是變量。
可以在 Playground 中體驗閉包函數(shù)打印裴波那切數(shù)列的運用。
到此這篇關(guān)于一文徹底理解Golang閉包實現(xiàn)原理 的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Golang閉包內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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