Go语言之闭包

Go语言之闭包
认识闭包

首先来看一段代码：
```
  1 package main
  2 
  3 import (
  4     "fmt"
  5 )
  6 
  7 func squares() func() int {
  8     var x int
  9     return func() int {
 10         x++
 11         return x * x
 12     }
 13 }
 14 
 15 func main() {
 16     f1 := squares()
 17     f2 := squares()
 18 
 19     fmt.Println("first call f1:", f1())
 20     fmt.Println("second call f1:", f1())
 21     fmt.Println("first call f2:", f2())
 22     fmt.Println("second call f2:", f2())                                                  
 23 }
```
调试结果是这样的：

代码很简单，就是定义一个square函数，返回值类型是func() int，返回的这个函数就是一个闭包。

那么什么是闭包呢？闭包是函数和它所引用的环境，也就是闭包=函数+引用环境。

匿名函数虽然没有定义x，但是它引用了他所在的环境（函数squares）中的变量x。f1跟f2引用的是不同的环境，在调用x++时修改的不是同一个x，因此两个函数的第一次输出都是1。函数squares每进入一次，就形成了一个新的环境，对应的闭包中，函数都是同一个函数，环境却是引用不同的环境。

我们在看一下上面的例子，发现变量x的生命周期不是由他的作用域所决定的，变量x在main函数中返回squares函数后依旧存在。变量x是函数squares中的局部变量，假设这个变量是在函数squares的栈中分配的，是不可以的。因为函数squares返回以后，对应的栈就失效了，squares返回的那个函数中变量i就引用一个失效的位置了。所以闭包的环境中引用的变量不能够在栈上分配。

在继续研究闭包的实现之前，先看一看Go的一个语言特性：
```
func f() *Cursor {
    var c Cursor
    c.X = 500
    noinline()
    return &c
}
```
Cursor是一个结构体，这种写法在C语言中是不允许的，因为变量c是在栈上分配的，当函数f返回后c的空间就失效了。但是，在Go语言规范中有说明，这种写法在Go语言中合法的。语言会自动地识别出这种情况并在堆上分配c的内存，而不是函数f的栈上。

为了验证这一点，可以观察函数f生成的汇编代码：
```
MOVQ    $type."".Cursor+0(SB),(SP)    // 取变量c的类型，也就是Cursor
PCDATA    $0,$16
PCDATA    $1,$0
CALL    ,runtime.new(SB)   // 调用new函数，相当于new(Cursor)
PCDATA    $0,$-1
MOVQ    8(SP),AX           // 取c.X的地址放到AX寄存器
MOVQ    $500,(AX)          // 将AX存放的内存地址的值赋为500
MOVQ    AX,"".~r0+24(FP)
ADDQ    $16,SP
```
识别出变量需要在堆上分配，是由编译器的一种叫escape analyze的技术实现的。如果输入命令：
```
go build --gcflags=-m main.go
```
可以看到输出：
```
./main.go:20: moved to heap: c
./main.go:23: &c escapes to heap
```
表示c逃逸了，被移到堆中。escape analyze可以分析出变量的作用范围，这是对垃圾回收很重要的一项技术。

其实，Go通过escape analyza识别出变量的作用域，在闭包环境中，引用的变量不是在栈上分配，而是在堆中分配。

返回闭包时并不是单纯的返回一个函数，而是返回一个结构体，记录下函数返回地址和引用的环境中的变量地址，即：
```
type Closure struct {
   F func()()
   i  *int   
}
```
闭包和普通函数调用的区别

看下面两段代码：

代码片段1：
```
package main

import (
　　"fmt"
)

func main() {
　　 a := []int{1, 2, 3}
 　　for _, value := range a {
　　 　　fmt.Println(value)
　　　　 defer p(value)
　　 }
}
 
func p(value int) {
　　fmt.Println(value)
}
```
运行结果：
```
1
2
3
3
2
1
```
代码片段1就是普通的函数调用，每次调用func p时，完成 value的值复制，然后打印，此时 value值复制了3次，分别是1，2，3。由于defer是后进先出，所以执行变成3，2，1。

这里或许对输出结果感到有些意外，为什么正常输出123后，又输出321？搞清这点需要理解普通函数传参方式和defer

1、我们又知道，形参变量都是函数的局部变量，初始值由调用者提供的实参传递。而实参是按值传递的，即新辟内存拷贝变量值，函数接收到的是每个实参的副本（slice、map、函数、通道和指针是引用传递，注意区别）。

2、下面是go官方关于defer的解释：

defer语句延迟执行一个函数，该函数被推迟到当包含它的程序返回时（包含它的函数执行了return语句/运行到函数结尾自动返回/对应的goroutine panic）执行。

每次defer语句执行时，defer修饰的函数的返回值和参数取值会照常进行计算和保存，但是该函数不会执行。等到上一级函数返回前，会按照defer的声明顺序倒序执行全部defer的函数。defer的函数的任何返回值都会被丢弃。

基于以上两点解释，我们就比较清楚了，defer修饰的函数会将传入它的参数拷贝保存在自己的内存区域，等到函数返回时，才开始执行。又由于defer是先进后出的，所以最终打印结果是3,2,1。

代码片段2：
```
package main

import (
　　"fmt"
)

func main() {
　　a := []int{1, 2, 3}
　　for _, value := range a {
　　　　fmt.Println(value)
　　　　defer func() {
  　　　　 fmt.Println(value)
　　　　}()
    }
}
```
运行结果：
```
1
2
3
3
3
3
```
再来理解代码片段2。由上面我们对defer的理解，函数返回时才开始执行func()，但为什么输出都是3呢？要搞清楚这个问题，还得理解for...range用法和闭包函数参数传递。

1、在Go的for…range循环中，Go始终使用值拷贝的方式代替被遍历的元素本身，简单来说，就是for…range中那个value，是一个值拷贝，而不是元素本身。也是说value是个局部变量，只是把元素赋值给该变量而已。

2、闭包里的非传递参数外部变量值是传引用的，也就是闭包是地址引用。在闭包函数里那个value就是外部非闭包函数自己的参数，所以是相当于引用了外部的变量。

有了以上两点的理解，再来理解代码2的结果就容易多了。闭包是通过地址引用来引用环境中的变量value，因此每次只是把value的地址拷贝了一份儿，就这样拷贝了三次。而执行到最后时value值为3，所以打印了3次value地址指向的值，所以是3，3，3。

参考

《闭包的实现》：https://tiancaiamao.gitbooks.io/go-internals/content/zh/03.6.html

《golang的闭包和普通函数调用区别》：https://studygolang.com/articles/356
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认识闭包

闭包和普通函数调用的区别

参考