前言闭包对于一个长期写 Java 的开发者来说估计鲜有耳闻,我在写 Python 和 Go 之前也是没怎么了解,光这名字感觉就有点'神秘莫测',这篇文章的主要目的就是从编译器的角度来分析闭包,彻底搞懂闭包的实现原理。 函数一等公民一门语言在实现闭包之前首先要具有的特性就是:First class function 函数是第一公民。 简单来说就是函数可以像一个普通的值一样在函数中传递,也能对变量赋值。 先来看看在 Go 里是如何编写的: package mainimport 'fmt'var varExternal intfunc 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:0varInner=21, varExternal=11 1varInner=22, varExternal=12 ======0varInner=21, varExternal=13 1varInner=22, varExternal=14 这里体现了闭包的两个重要特性,第一个自然就是函数可以作为值返回,同时也能赋值给变量。 第二个就是在闭包函数 f1() 对闭包变量 varInner 的访问,每个闭包函数的引用都会在自己的函数内部保存一份闭包变量 varInner,这样在调用过程中就不会互相影响。 从打印的结果中也能看出这个特性。 作用域闭包之所以不太好理解的主要原因是它不太符合自觉。 本质上就是作用域的关系,当我们调用 f1() 函数的时候,会在栈中分配变量 varInner,正常情况下调用完毕后 f1 的栈会弹出,里面的变量 varInner 自然也会销毁才对。 但在后续的 f2() 和 f3() 调用的时,却依然能访问到 varInner,就这点不符合我们对函数调用的直觉。 但其实换个角度来看,对 innerFun 来说,他能访问到 varExternal 和 varInner 变量,最外层的 varExternal 就不用说了,一定是可以访问的。 但对于 varInner 来说就不一定了,这里得分为两种情况;重点得看该语言是静态/动态作用域。 就静态作用域来说,每个符号在编译器就确定好了树状关系,运行时不会发生变化;也就是说 varInner 对于 innerFun 这个函数来说在编译期已经确定可以访问了,在运行时自然也是可以访问的。 但对于动态作用域来说,完全是在运行时才确定访问的变量是哪一个。 恰好 Go 就是一个静态作用域的语言,所以返回的 innerFun 函数可以一直访问到 varInner 变量。 实现闭包但 Go 是如何做到在 f1() 函数退出之后依然能访问到 f1() 中的变量呢? 这里我们不妨大胆假设一下: 首先在编译期扫描出哪些是闭包变量,也就是这里的 varInner,需要将他保存到函数 innerFun() 中。
运行时需要判断出 f2 是一个函数,而不是一个变量,同时得知道它所包含的函数体是 innerFun() 所定义的。 接着便是执行函数体的 statement 即可。 而当 f3 := f1() 重新赋值给 f3 时,在 f2 中累加的 varInner 变量将不会影响到 f3,这就得需要在给 f3 赋值的重新赋值一份闭包变量到 f3 中,这样便能达到互不影响的效果。 闭包扫描GScript 本身也是支持闭包的,所以把 Go 的代码翻译过来便长这样: 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:0varInner=21, varExternal=111varInner=22, varExternal=12=======0varInner=21, varExternal=131varInner=22, varExternal=14 可以看到运行结果和 Go 的一样,所以我们来看看 GScript 是如何实现的便也能理解 Go 的原理了。 先来看看第一步扫描闭包变量: allVariable := c.allVariable(function) 查询所有的变量,包括父 scope 的变量。 scopeVariable := c.currentScopeVariable(function) 查询当前 scope 包含下级所有 scope 中的变量,这样一减之后就能知道闭包变量了,然后将所有的闭包变量存放进闭包函数中。 闭包赋值之后在 return innerFun 处,将闭包变量的数据赋值到变量中。 闭包函数调用
在这里每一次赋值时,都会把 f1() 返回函数复制到变量 f2/f3 中,这样两者所包含的闭包变量就不会互相影响。 在调用函数变量时,判断到该变量是一个函数,则直接返回函数。 之后直接调用该函数即可。 函数式编程接下来便可以利用 First class function 来试试函数式编程: 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); 这个有点类似于 Java 中流的 map 函数,将函数作为值传递进去,后续支持匿名函数后会更像是函数式编程,现在必须得先定义一个函数变量再进行传递。 除此之外在 GScript 中的 http 标准库也利用了函数是一等公民的特性:
在绑定路由时,handle 便是一个函数,使用的时候直接传递业务逻辑的 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); 总结总的来说闭包具有以下特性:
可以在 Playground 中体验闭包函数打印裴波那切数列的运用。 本文相关资源链接
|
|