局部类实现C++的闭包

首先说明，虽然经常提到闭包，但我对闭包这个概念还真是不清晰，隐约感觉如果函数A中定义并返回了函数B，而函数B在函数A之外仍然可以正常运行并访问函数A中定义的变量，同时函数A中定义的变量不能被外部访问，就叫闭包——如果这个理解错了，那就当我啥也没说！

看到有人写博说通过C++11的新特性std::bind来实现闭包，仔细想了一下，其实通过C++03的两个特性就可以实现的：一个是局部类，一个是静态局部变量。

静态局部变量

C++允许在函数内部定义静态的局部变量，这些变量不会在离开函数时被销毁，就像这样

void func() {
    static int i = 0;
    cout << i++ << endl;
}

如果多次调用func，会发现输出到控制台的值一直在递增。

局部类 

想在函数里定义局部函数是不可能的，C++没这个语法。但是可以在函数里定义局部类，这个类只能在该函数里使用，很有意思的，就像这样

void func() {
    class LocalClass {
    private:
        // 定义私有成员
    public:
        void run() {
            // ......
        }
    } obj;
    obj.run();
}

如果需要将局部类对象返回到外面，就需要定义一个接口，用于接收返回的对象并调用其中的方法；同时，在函数内需要使用new来生成对象并返回其指针，就像这样

class ILocal {
public:
    virtual void run() = 0;
};

ILocal* func() {
    class LocalClass: public ILocal {
    public:
        virtual void run() {
            // ......
        }
    };
    return new LocalClass();
}

基础知识具备了，下面来实现闭包，过程就不说了，看注释吧

#include <iostream>
using namespace std;

//////// 接口法实现 ////////////////////////////////////////
// 定义一个函数对象接口……就像C#的委托
class ITest {
public:
    // 定义这个运算符主要是为了像函数一样调用，就像这样：obj();
    void operator() () {
        process();
    }

protected:
    // 接口函数
    virtual void process() = 0;
};

// 下面函数返回一个ITest对象指针
ITest* test() {
    // 函数内的静态变量，离开函数也不会销毁，而且可以
    static int count = 0;

    // 定义一个局部类
    class Test: public ITest {
    public:
        // 实现ITest中定义的接口函数来实现操作
        virtual void process() {
            cout << "Count is " << count++ << endl;
        }
    };

    // 返回一个新的对象……这里必须得new，你懂的
    return new Test();
}

//////// 函数法实现 ////////////////////////////////////////
// 定义测试函数指针类型
typedef void (*Func)(const char*);

// 下面函数返回一个闭包中的函数
Func testFunc() {
    // 静态局部变量初始化为100
    static int count = 100;
    // 静态局部常量
    static const char* const NAME = "James";

    // 不能直接定义函数，只好定义局部类的静态方法，并返回其指针
    class Test {
    public:
        // 这个定义说明可以传入参数，同理也可以有返回值
        static void process(const char* pName = NULL) {
            if (pName == NULL) { pName = NAME; }
            cout << pName << " Count is " << count-- << endl;
        }
    };
    return Test::process;
}

//////// 程序入口：主函数 //////////////////////////////////
int main(int argc, char* argv[]) {
    ITest* pT = test();
    Func pF = testFunc();

    // 多次调用得从函数里返回出来的函数和对象，观察结果
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        (*pT)();
        pF((i % 2 == 0) ? NULL : "Fancy");
    }
}

给个运行结果

Count is 0
James Count is 100
Count is 1
Fancy Count is 99
Count is 2
James Count is 98
Count is 3
Fancy Count is 97
Count is 4
James Count is 96
Count is 5
Fancy Count is 95
Count is 6
James Count is 94
Count is 7
Fancy Count is 93
Count is 8
James Count is 92
Count is 9
Fancy Count is 91

C++是门非常灵活的语言，我们平时用到的相对于C++ Specification来说，仅仅是冰山一角。虽然因为工作关系我已经有四五年没用它了，但它依然是我最喜欢的语言之一。