簡單來講,閉包允許你將一些行為封裝,將它像一個對象一樣傳來遞去,而且它依然能夠訪問到原來第一次聲明時的上下文。這樣可以使控制結構、邏輯操作等從調用細節中分離出來。訪問原來上下文的能力是閉包區別一般對象的重要特征,盡管在實現上只是多了一些編譯器技巧。
我們知道,在匿名方法或者lambda中,可以訪問或者修改該匿的定義范圍內的變量。例如:
- int num = 1;
- Func<int> incNum = () => ++num;
其中lambda表達式使用了在其外部定義的變量num。我們可以認為該段lambda語句塊構成了一個閉包,而這個閉包捕獲了外部變量num。
好了,不說那麼多讓人看著難受的定義套話了。我們進入正題,看看在C#中變量是如何被捕獲的。來看一個例子:
- public Func<String> CreateFunction()
- {
- String str = "我的幸運數字是";
- int num = 17;
- Func<String> func = () => str + num;
- return func;
- }
在這個例子中,定義了一個返回一個函數的方法CreateFunction。返回的函數構成了一個閉包,該閉包捕獲了兩個變量:String類型的str和int類型的num。
好了,我們現在可以這樣使用這個函數了:
- Func<String>
- myFunc = CreateFunction();
- String result = myFunc();
我們來分析一下這兩行代碼實際都干了什麼。第一行很容易理解,我們把方法CreateFunction生成的匿名函數賦值給了委托myFunc。
第二行更好理解,我們執行了myFunc,並將返回結果賦值給了變量result。我們再深入思考一下:在執行myFunc的時候,會訪問到在CreateFunction中定義兩個變量str與num。
雖然這時CreateFunction的棧幀早就被銷毀了,其內部定義的變量至今也“生死不明”了,但是因為我們知道這兩個變量已經被閉包所捕獲了,所以我們堅信這兩個變量截至目前為止還是可以訪問的!
對於str對象,鑒於它是一個引用類型,所以只要有存在某個“東西”一直保存著對它的引用,它就不會被銷毀。這樣我們完全不用擔心在我們需要它時,編譯器或運行時會告訴我們它被弄丟了。
然而對於num,情況就有些不同了。num是一個值類型。我們知道值類型是存活在棧上的,我們也知道它所存在的那個棧幀(也就是CreateFunction的幀)在CreateFunction執行完畢後就會被銷毀,然後其上存在的任何值類型也會被一並的銷毀,這其中當然包括我們所關注的變量num了。
那麼,我們為什麼還能安全的訪問num呢?C#中的變量捕獲機制究竟有什麼神奇之處,可以讓值類型擁有違反常規的生存周期呢?裝箱!你可能會立刻想到,把每個值類型都裝到一個對象裡,我們就可以讓這個值類型擁有和那個包裹它的對象相同的壽命了。
不過,這並不是C#實現者所選擇的方式!C#並不會對每個需要捕獲的值類型變量進行裝箱操作,而是把所有捕獲的變量統統放到同一個大“箱子”裡——當編譯器遇到需要變量捕獲的情況時,它會默默地在後台構造一個類型,這個類型包含了每一個閉包所捕獲的變量(包括值類型變量和引用類型變量)作為它的一個公有字段。這樣,編譯器就可以
維護那些在匿名函數或lambda表達式中出現的外部變量了。
更進一步,如果我們使用ILDASM工具查看CreateFunction方法的IL代碼,我們會發現編譯器壓根就沒有聲明num和str變量。取而代之的是聲明了一個類型名和實例名都及其難看的包裝對象。這個玩意兒就是我們上面所說的那個被編譯器默默生成,保存了所有捕獲變量的引用的對象。
我們還可以看到,在CreateFunction方法,C#源代碼內所有對str和num的操作,在IL中都被轉換成了對包裝對象的同名公有成員的操作。順便說一句,就連我們構造的那個lambda表達式“() => str + num”現在都被編譯器轉換成了這個包裝對象的一個方法!
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