Go语言之闭包

Posted 2023-03-15 Sheena爽

一、闭包定义

1.简单的闭包场景

• 简单来说，一个函数采用了外部的局部变量，就叫闭包
• 如下面，main函数中匿名函数使用了函数外部定义的局部变量ret，该匿名函数就被称为闭包函数，该变量ret被称为捕获变量

package main

import "fmt"

func main()
	ret := 0
	res := func(int)int
		ret = ret + 3
		fmt.Println(ret)
		return ret
	
	fmt.Println(res(1))

2.复杂的闭包场景

package main

import "fmt"

func cfunc()func()int
	i := 4
	res := func()int
		return i
	

	return res

func main()
	fres1 := cfunc()
	fres2 := cfunc()

	fmt.Println(fres1())
	fmt.Println(fres2())

• 上述代码结果应该输出什么呢？结果是fres1和fres2都是5，这个是为什么呢？这不得不先说下闭包的原理了。

二、闭包原理

1.捕获变量除初始化赋值外没有被修改

• 我们就以上述复杂场景来简单说下闭包的原理
  
• 上述代码在执行阶段，调用cfunc函数就会在堆上创建一个闭包函数的funcval结构体（该结构体中存有fn是闭包函数的地址和捕获列表）。这个结构体的起始地址作为返回值写入返回值空间。通过fres1、fres2调用闭包函数，就会找到各自的funcval结构体，拿到同一个函数入口。因为通过fres1、fres2找到的都是各自的funcval结构体，故拿的都是各自的捕获列表。这就是称闭包函数为有状态的函数的原因。
• 闭包函数是如何找到对应的捕获列表？在go中通过funcval结构体调用函数时，会把funcval该结构体的地址放到一个寄存器中。这样在闭包函数中就可以通过寄存器取出funcval结构体的地址，然后加上对应的偏移量找到捕获列表里每个捕获变量。
• 捕获列表并不是拷贝变量的值这么简单。被闭包捕获的变量要在外层函数与闭包函数中表现一致，就好像外层函数和闭包函数使用的是同一个变量一样。对此Go语言编译器做了不同的几种处理：
  （1）被捕获的变量除了初始化赋值外，在任何地方都没有被修改过，这种情况，直接是将值拷贝到捕获列表中即可。
  （2）若除了初始化赋值外还被修改过，则细分为三种情况：变量逃逸、参数堆分配、返回值

2.变量逃逸

• 上述例子中，被捕获的局部变量i除了初始化赋值后还被修改，此时在funcval闭包对象结构体中，捕获列表存的是捕获变量的地址（&i）。
• 定义fres阶段：cfunc栈帧中，由于变量被捕获，局部变量i会改为堆分配，在栈上只存i的地址（&i）。第一次for循环，在堆上创建funcval结构体，捕获i的地址，这样闭包函数和外层函数就操作同一个变量了，返回值第一个元素存储addr0，第一次for循环执行结束，i++从0变成1。第二次for循环开始，在堆上创建funcval结构体，捕获i的地址，返回值第二个元素存储addr1，第二次for循环执行结束，i++从1变成2。第三次for循环开始，在堆上创建funcval结构体，捕获i的地址，返回值第二个元素存储addr2，第三次for循环执行结束，i++从2变成3。满足for循环退出条件，cfunc函数执行结束，把返回值拷贝到局部变量fres。
• 通过fres去调用cfunc函数阶段：通过fres[0]调用cfunc函数时，把闭包结构体的起始地址addr0存入寄存器中，闭包函数通过寄存器存储的地址加上偏移找到捕获变量i的地址；通过fres[1]调用cfunc函数时，把闭包结构体的起始地址addr1存入寄存器中，闭包函数通过寄存器存储的地址加上偏移找到捕获变量i的地址；通过fres[2]调用cfunc函数时，把闭包结构体的起始地址addr2存入寄存器中，闭包函数通过寄存器存储的地址加上偏移找到捕获变量i的地址；被捕获的i的地址都是同一个，故打印的都是3。

3.参数堆分配

• 若修改和被捕获的是参数，涉及到函数原型，参数依然通过调用者栈帧传入，但是编译器会把栈上的参数拷贝到堆上，然后外层函数和闭包函数都使用堆上分配的这一个。

4.返回值

• 若处理的是返回值，调用者栈帧上依然会分配返回值空间，不过闭包的外层函数会在堆上也分配一个返回值空间。外层函数和闭包函数都使用堆上这个，但在外层函数返回前，需要把堆上的这个返回值拷贝到栈上的返回值空间中

参考：b站up主：幼麟实验室