前言

闭包对于一个长期写 Java 的开发者来说预计鲜有耳闻，我在写 Python 和 Go 之前也是没怎么理解，光这名字感觉就有点"神秘莫测"，这篇文章的次要目标就是从编译器的角度来剖析闭包，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备的个性就是：First class function 函数是第一公民。

简略来说就是函数能够像一个一般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个性，第一个天然就是函数能够作为值返回，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 的拜访，每个闭包函数的援用都会在本人的函数外部保留一份闭包变量 varInner，这样在调用过程中就不会相互影响。

从打印的后果中也能看出这个个性。

作用域

闭包之所以不太好了解的次要起因是它不太合乎盲目。

实质上就是作用域的关系，当咱们调用 f1() 函数的时候，会在栈中调配变量 varInner，失常状况下调用结束后 f1 的栈会弹出，外面的变量 varInner 天然也会销毁才对。

但在后续的 f2() 和 f3() 调用的时，却仍然能拜访到 varInner，就这点不合乎咱们对函数调用的直觉。

但其实换个角度来看，对 innerFun 来说，他能拜访到 varExternal 和 varInner 变量，最外层的 varExternal 就不用说了，肯定是能够拜访的。

但对于 varInner 来说就不肯定了，这里得分为两种状况；重点得看该语言是动态/动静作用域。

就动态作用域来说，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曾经确定能够拜访了，在运行时天然也是能够拜访的。

但对于动静作用域来说，齐全是在运行时才确定拜访的变量是哪一个。

恰好 Go 就是一个动态作用域的语言，所以返回的 innerFun 函数能够始终拜访到 varInner 变量。

实现闭包

但 Go 是如何做到在 f1() 函数退出之后仍然能拜访到 f1() 中的变量呢？

这里咱们无妨大胆假如一下：

首先在编译期扫描出哪些是闭包变量，也就是这里的 varInner，须要将他保留到函数 innerFun() 中。

f2 := f1()f2()

运行时须要判断出 f2 是一个函数，而不是一个变量，同时得晓得它所蕴含的函数体是 innerFun() 所定义的。

接着便是执行函数体的 statement 即可。

而当 f3 := f1() 从新赋值给 f3 时，在 f2 中累加的 varInner 变量将不会影响到 f3，这就得须要在给 f3 赋值的从新赋值一份闭包变量到 f3 中，这样便能达到互不影响的成果。

闭包扫描

GScript 自身也是反对闭包的，所以把 Go 的代码翻译过去便长这样：

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

能够看到运行后果和 Go 的一样，所以咱们来看看 GScript 是如何实现的便也能了解 Go 的原理了。

先来看看第一步扫描闭包变量：

allVariable := c.allVariable(function)
查问所有的变量，包含父 scope 的变量。

scopeVariable := c.currentScopeVariable(function)
查问以后 scope 蕴含上级所有 scope 中的变量，这样一减之后就能晓得闭包变量了，而后将所有的闭包变量寄存进闭包函数中。

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

func int(int) f2 = f1();func int(int) f3 = f1();

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，这样两者所蕴含的闭包变量就不会相互影响。


在调用函数变量时，判断到该变量是一个函数，则间接返回函数。

之后间接调用该函数即可。

函数式编程

接下来便能够利用 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);

这个有点相似于 Java 中流的 map 函数，将函数作为值传递进去，后续反对匿名函数后会更像是函数式编程，当初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 规范库也利用了函数是一等公民的个性：

// 规范库：Bind routehttpHandle(string method, string path, func (HttpContext) handle){    HttpContext ctx = HttpContext();    handle(ctx);}

在绑定路由时，handle 便是一个函数，应用的时候间接传递业务逻辑的 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

总的来说闭包具备以下个性：

  • 函数须要作为一等公民。
  • 编译期扫描出所有的闭包变量。
  • 在返回闭包函数时，为闭包变量赋值。
  • 每次创立新的函数变量时，须要将闭包数据复制进去，这样闭包变量才不会相互影响。
  • 调用函数变量时，须要判断为函数，而不是变量。


能够在 Playground 中体验闭包函数打印裴波那切数列的使用。

本文相干资源链接

  • GScript 源码：https://github.com/crossoverJie/gscript
  • Playground 源码：https://github.com/crossoverJie/gscript-homepage