Golang 閉包的實現(xiàn)

什么是閉包？什么場景下會用閉包？本文對?go 語言中的閉包做了詳細介紹。

閉包是由函數(shù)及其相關引用環(huán)境組合而成的實體(即：閉包=函數(shù)+引用環(huán)境)。

Go中的閉包

閉包是函數(shù)式語言中的概念，沒有研究過函數(shù)式語言的用戶可能很難理解閉包的強大，相關的概念超出了本書的范圍。Go語言是支持閉包的，這里只是簡單地講一下在Go語言中閉包是如何實現(xiàn)的。

func?f(i?int)?func()?int?{
????return?func()?int?{
????????i++
????????return?i
????}
}

函數(shù)f返回了一個函數(shù)，返回的這個函數(shù)，返回的這個函數(shù)就是一個閉包。這個函數(shù)中本身是沒有定義變量i的，而是引用了它所在的環(huán)境（函數(shù)f）中的變量i。

c1?:=?f(0)
c2?:=?f(0)
c1()????//?reference?to?i,?i?=?0,?return?1
c2()????//?reference?to?another?i,?i?=?0,?return?1

c1跟c2引用的是不同的環(huán)境，在調(diào)用i++時修改的不是同一個i，因此兩次的輸出都是1。函數(shù)f每進入一次，就形成了一個新的環(huán)境，對應的閉包中，函數(shù)都是同一個函數(shù)，環(huán)境卻是引用不同的環(huán)境。

變量i是函數(shù)f中的局部變量，假設這個變量是在函數(shù)f的棧中分配的，是不可以的。因為函數(shù)f返回以后，對應的棧就失效了，f返回的那個函數(shù)中變量i就引用一個失效的位置了。所以閉包的環(huán)境中引用的變量不能夠在棧上分配。

escape analyze

在繼續(xù)研究閉包的實現(xiàn)之前，先看一看Go的一個語言特性：

func?f()?*Cursor?{
????var?c?Cursor
????c.X?=?500
????noinline()
????return?&c
}

Cursor是一個結構體，這種寫法在C語言中是不允許的，因為變量c是在棧上分配的，當函數(shù)f返回后c的空間就失效了。但是，在Go語言規(guī)范中有說明，這種寫法在Go語言中合法的。語言會自動地識別出這種情況并在堆上分配c的內(nèi)存，而不是函數(shù)f的棧上。

為了驗證這一點，可以觀察函數(shù)f生成的匯編代碼：

MOVQ????$type."".Cursor+0(SB),(SP)????//?取變量c的類型，也就是Cursor
PCDATA????$0,$16
PCDATA????$1,$0
CALL????,runtime.new(SB)????//?調(diào)用new函數(shù)，相當于new(Cursor)
PCDATA????$0,$-1
MOVQ????8(SP),AX????//?取c.X的地址放到AX寄存器
MOVQ????$500,(AX)????//?將AX存放的內(nèi)存地址的值賦為500
MOVQ????AX,"".~r0+24(FP)
ADDQ????$16,SP

識別出變量需要在堆上分配，是由編譯器的一種叫escape analyze的技術實現(xiàn)的。如果輸入命令：

go?build?--gcflags=-m?main.go

可以看到輸出：

./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可以分析出變量的作用范圍，這是對垃圾回收很重要的一項技術。

閉包結構體

回到閉包的實現(xiàn)來，前面說過，閉包是函數(shù)和它所引用的環(huán)境。那么是不是可以表示為一個結構體呢：

type?Closure?struct?{
????F?func()()?
????i?*int
}

事實上，Go在底層確實就是這樣表示一個閉包的。讓我們看一下匯編代碼：

func?f(i?int)?func()?int?{
????return?func()?int?{
????????i++
????????return?i
????}
}


MOVQ????$type.int+0(SB),(SP)
PCDATA????$0,$16
PCDATA????$1,$0
CALL????,runtime.new(SB)????//?是不是很熟悉，這一段就是i?=?new(int)????
...????
MOVQ????$type.struct?{?F?uintptr;?A0?*int?}+0(SB),(SP)????//?這個結構體就是閉包的類型
...
CALL????,runtime.new(SB)????//?接下來相當于?new(Closure)
PCDATA????$0,$-1
MOVQ????8(SP),AX
NOP????,
MOVQ????$"".func·001+0(SB),BP
MOVQ????BP,(AX)????????????????//?函數(shù)地址賦值給Closure的F部分
NOP????,
MOVQ????"".&i+16(SP),BP????????//?將堆中new的變量i的地址賦值給Closure的值部分
MOVQ????BP,8(AX)
MOVQ????AX,"".~r1+40(FP)
ADDQ????$24,SP
RET????,

其中func·001是另一個函數(shù)的函數(shù)地址，也就是f返回的那個函數(shù)。

小結

1. Go語言支持閉包
2. Go語言能通過escape analyze識別出變量的作用域，自動將變量在堆上分配。將閉包環(huán)境變量在堆上分配是Go實現(xiàn)閉包的基礎。
3. 返回閉包時并不是單純返回一個函數(shù)，而是返回了一個結構體，記錄下函數(shù)返回地址和引用的環(huán)境中的變量地址。