彻底理解闭包实现原理

,闭包对于一个长期写 Java 的开发者来说估计鲜有耳闻，我在写 Python 和 Go 之前也是没怎么了解，光这名字感觉就有点"神秘莫测"，这篇文章的主要目的就是从编译器的角度来分析闭包，彻底搞懂闭包的实现原理。,一门语言在实现闭包之前首先要具有的特性就是：First class function 函数是第一公民。,简单来说就是函数可以像一个普通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：,这里体现了闭包的两个重要特性，第一个自然就是函数可以作为值返回，同时也能赋值给变量。,闭包之所以不太好理解的主要原因是它不太符合自觉。,,本质上就是作用域的关系，当我们调用 f1()​ 函数的时候，会在栈中分配变量 varInner​，正常情况下调用完毕后 f1​ 的栈会弹出，里面的变量 varInner 自然也会销毁才对。,但在后续的 f2()​ 和 f3()​ 调用的时，却依然能访问到 varInner，就这点不符合我们对函数调用的直觉。,但其实换个角度来看，对 innerFun​ 来说，他能访问到 varExternal​ 和 varInner​ 变量，最外层的 varExternal 就不用说了，一定是可以访问的。,但对于 varInner 来说就不一定了，这里得分为两种情况；重点得看该语言是静态/动态作用域。,就静态作用域来说，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已经确定可以访问了，在运行时自然也是可以访问的。,但对于动态作用域来说，完全是在运行时才确定访问的变量是哪一个。,恰好 Go​ 就是一个静态作用域的语言，所以返回的 innerFun​ 函数可以一直访问到 varInner 变量。,但 Go 是如何做到在 f1() 函数退出之后依然能访问到 f1() 中的变量呢？,这里我们不妨大胆假设一下：,首先在编译期扫描出哪些是闭包变量，也就是这里的 varInner，需要将他保存到函数 innerFun() 中。,运行时需要判断出 f2 是一个函数，而不是一个变量，同时得知道它所包含的函数体是 innerFun() 所定义的。,接着便是执行函数体的 statement 即可。,而当 f3 := f1() 重新赋值给 f3 时，在 f2 中累加的 varInner 变量将不会影响到 f3，这就得需要在给 f3 赋值的重新赋值一份闭包变量到  f3 中，这样便能达到互不影响的效果。,GScript 本身也是支持闭包的，所以把 Go 的代码翻译过来便长这样：,可以看到运行结果和 Go 的一样，所以我们来看看 GScript 是如何实现的便也能理解 Go 的原理了。,先来看看第一步扫描闭包变量：,,allVariable := c.allVariable(function)查询所有的变量，包括父 scope 的变量。,scopeVariable := c.currentScopeVariable(function)查询当前 scope 包含下级所有 scope 中的变量，这样一减之后就能知道闭包变量了，然后将所有的闭包变量存放进闭包函数中。,之后在 return innerFun 处，将闭包变量的数据赋值到变量中。,,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，这样两者所包含的闭包变量就不会互相影响。,,在调用函数变量时，判断到该变量是一个函数，则直接返回函数。,之后直接调用该函数即可。,接下来便可以利用 First class function 来试试函数式编程：,这个有点类似于 Java 中流的 map 函数，将函数作为值传递进去，后续支持匿名函数后会更像是函数式编程，现在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 标准库也利用了函数是一等公民的特性：,在绑定路由时，handle 便是一个函数，使用的时候直接传递业务逻辑的 handle 即可：,总的来说闭包具有以下特性：,,可以在 Playground 中体验闭包函数打印裴波那切数列的运用。,本文相关资源链接