C#函數(shù)式程序設計之用閉包封裝數(shù)據(jù)的實現(xiàn)代碼

更新時間：2014年03月19日 15:08:12 作者：

如果一個程序設計語言能夠用高階函數(shù)解決問題，則意味著數(shù)據(jù)作用域問題已十分突出。當函數(shù)可以當成參數(shù)和返回值在函數(shù)之間進行傳遞時，編譯器利用閉包擴展變量的作用域，以保證隨時能得到所需要的數(shù)據(jù)

C#函數(shù)式程序設計之作用域

在C#中，變量的作用域是嚴格確定的。其本質是所有代碼生存在類的方法中、所有變量只生存于聲明它們的模塊中或者之后的代碼中。變量的值是可變的，一個變量越是公開，帶來的問題就越嚴重。一般的原則是，變量的值最好保持不變，或者在最小的作用域內保存其值。一個純函數(shù)最好只使用在自己的模塊中定義的變量值，不訪問其作用域之外的任何變量。

遺憾的是，有時我們無法把變量的值限制于函數(shù)的范圍內。如果在程序的初始化時定義了幾個變量，在后面需要反復用到它們，怎么辦？一個可能的辦法是使用閉包。

C#函數(shù)式程序設計之閉包機制

為了理解閉包的本質，我們分析幾個使用閉包的例子：

復制代碼代碼如下:

namespace Closures 
{ 
    class Closures 
    { 
        static void Closures() 
        { 
            Console.WriteLine(GetClosureFunc()(30)); 
        } 

        static Func<int,int> GetClosureFunc() 
        { 
            int val = 10; 
            Func<int, int> internalAdd = x => x + val; 
            Console.WriteLine(internalAdd(10)); 
            val = 30; 
            Console.WriteLine(internalAdd(10)); 
            return internalAdd; 
        } 
    } 
}

此代碼的結果輸出是多少？答案是20 40 60，前面兩個值，大家應該很容易就能看出來，但第三個值為什么是60呢？先來看看程序的執(zhí)行流程：Closures函數(shù)調用GetClosureFunc函數(shù)并進入其中。函數(shù)調用語句中帶了一個參數(shù)30。這是由于GetClosureFunc返回的是一個函數(shù)，即執(zhí)行時再次調用了這個函數(shù)，進入GetClosureFunc函數(shù)中，首先val的值為10，通過internalAdd方法傳入一個值10，因此第一個輸出值為20，往下走，val的值變成30，通過internalAdd方法傳入值10，于是第二個輸出值為40。從這里我們大致可以看出，局部函數(shù)和局部變量如何在同一個作用域中起作用，顯然，對局部變量的改變會影響internalAdd的值，盡管變量的改變發(fā)生在internalAdd最初的創(chuàng)建之后。最后，GetClosureFunc返回了internalAdd方法，以參數(shù)30再次調用這個函數(shù)，于是，結果成為60。

初看起來，這并不真正符合邏輯。val應該是一個局部變量，它生存在棧中，當GetClosureFunc函數(shù)返回時，它就不在了，不是么？確實如此，這正是閉包的目的，當編譯器會明白無誤地警告這種情況會引起程序的崩潰時阻止變量值超出其作用域之外。

從技術角度來看，數(shù)據(jù)保存的位置很重要，編譯器創(chuàng)建一個匿名類，并在GetClosureFunc中創(chuàng)建這個類的實例——如果不需要閉包起作用，則那個匿名函數(shù)只會與GetClosureFunc生存在同一個類中，最后，局部變量val實際上不再是一個局部變量，而是匿名類中的一個字段。其結果是，internalAdd現(xiàn)在可以引用保存在匿名類實例中的函數(shù)。這個實例中也包含變量val的數(shù)據(jù)。只要保持internalAdd的引用，變量val的值就一直保存著。

下面這段代碼說明編譯器在這種情形下采用的模式：

復制代碼代碼如下:

private sealed class DisplayClass 
{ 
    public int val; 

    public int AnonymousFunc(int x) 
    { 
        return x + this.val; 
    } 

    private static Func<int, int> GetClosureFunc() 
    { 
        DisplayClass displayClass = new DisplayClass(); 
        displayClass.val = 10; 
        Func<int, int> internalAdd = displayClass.AnonymousFunc; 
        Console.WriteLine(internalAdd(10)); 
        displayClass.val = 30; 
        Console.WriteLine(internalAdd(10)); 
        return internalAdd; 
    } 
}

回到動態(tài)創(chuàng)建函數(shù)思想：現(xiàn)在可以憑空創(chuàng)建新的函數(shù)，而且它的功能因參數(shù)而異。例如，下面這個函數(shù)把一個靜態(tài)值加到一個參數(shù)上：

復制代碼代碼如下:

private static void DynamicAdd() 
{ 
    var add5 = GetAddX(5); 
    var add10 = GetAddX(10); 
    Console.WriteLine(add5(10)); 
    Console.WriteLine(add10(10)); 
} 

private static Func<int,int> GetAddX(int staticVal) 
{ 
    return x => staticVal + x; 
}

這個原理正是許多函數(shù)構建技術的基礎，這種方法顯然與方法重載等面向對象方法相對應。但是與方法重載不同，匿名函數(shù)的創(chuàng)建可以在運行時動態(tài)發(fā)生，只需受另一個函數(shù)中的一行代碼觸發(fā)。為使某個算法更加容易讀和寫而使用的特殊函數(shù)可以在調用它的方法中創(chuàng)建，而不是再類級別上胡亂添加函數(shù)或方法——這正是函數(shù)模塊化的核心思想。

總結

閉包是程序設計語言支持函數(shù)式設計方法的一個重要工具。

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