Go 中閉包的底層原理

更新時間：2021年10月27日 14:28:34 作者：寫代碼的明哥

這篇文章主要介紹了Go 中閉包的底層原理，閉包的基本原理是一種現(xiàn)象，一個函數(shù)內引用了外部的局部變量的現(xiàn)象，帶著些許的了解和小編一起進入文章正題學習

1. 什么是閉包?

一個函數(shù)內引用了外部的局部變量，這種現(xiàn)象，就稱之為閉包。

例如下面的這段代碼中，adder 函數(shù)返回了一個匿名函數(shù)，而該匿名函數(shù)中引用了 adder 函數(shù)中的局部變量 sum ，那這個函數(shù)就是一個閉包。

package main 
 
import "fmt" 
 
func adder() func(int) int { 
    sum := 0 
    return func(x int) int { 
        sum += x 
        return sum 
    } 
}

而這個閉包中引用的外部局部變量并不會隨著 adder 函數(shù)的返回而被從棧上銷毀。

我們嘗試著調用這個函數(shù)，發(fā)現(xiàn)每一次調用，sum 的值都會保留在閉包函數(shù)中以待使用。

func main() { 
     valueFunc:= adder() 
     fmt.Println(valueFunc(2))     // output: 2 
     fmt.Println(valueFunc(2))   // output: 4 
}

2. 復雜的閉包場景

寫一個閉包是比較容易的事，但單單會寫簡單的閉包函數(shù)，還遠遠不夠，如果不搞清楚閉包真正的原理，那很容易在一些復雜的閉包場景中對函數(shù)的執(zhí)行邏輯進行誤判。

別的不說，就拿下來這個例子來說吧?

你覺得它會打印什么呢?

是 6 還是 11 呢?

import "fmt" 
 
func func1() (i int) { 
    i = 10 
    defer func() { 
        i += 1 
    }() 
    return 5 
} 
 
func main() { 
    closure := func1() 
    fmt.Println(closure) 
}

3. 閉包的底層原理?

還是以最上面的例子來分析

package main 
 
import "fmt" 
 
func adder() func(int) int { 
    sum := 0 
    return func(x int) int { 
        sum += x 
        return sum 
    } 
} 
 
func main() { 
    valueFunc:= adder() 
    fmt.Println(valueFunc(2))     // output: 2 
}

我們先對它進行逃逸分析，很容易發(fā)現(xiàn) sum 作為 adder 函數(shù)局部變量，并不是分配在棧上，而是分配在堆上的。

這就解決了第一個疑惑：為什么 adder 函數(shù)返回后， sum 不會隨之銷毀?

$ go build -gcflags="-m -m -l" demo.go 
# command-line-arguments 
./demo.go:8:3: adder.func1 capturing by ref: sum (addr=true assign=true width=8) 
./demo.go:7:9: func literal escapes to heap: 
./demo.go:7:9:   flow: ~r0 = &{storage for func literal}: 
./demo.go:7:9:     from func literal (spill) at ./demo.go:7:9 
./demo.go:7:9:     from return func literal (return) at ./demo.go:7:2 
./demo.go:6:2: sum escapes to heap: 
./demo.go:6:2:   flow: {storage for func literal} = &sum: 
./demo.go:6:2:     from func literal (captured by a closure) at ./demo.go:7:9 
./demo.go:6:2:     from sum (reference) at ./demo.go:8:3 
./demo.go:6:2: moved to heap: sum 
./demo.go:7:9: func literal escapes to heap 
./demo.go:15:23: valueFunc(2) escapes to heap: 
./demo.go:15:23:   flow: {storage for ... argument} = &{storage for valueFunc(2)}: 
./demo.go:15:23:     from valueFunc(2) (spill) at ./demo.go:15:23 
./demo.go:15:23:   flow: {heap} = {storage for ... argument}: 
./demo.go:15:23:     from ... argument (spill) at ./demo.go:15:13 
./demo.go:15:23:     from fmt.Println(valueFunc(2)) (call parameter) at ./demo.go:15:13 
./demo.go:15:13: ... argument does not escape 
./demo.go:15:23: valueFunc(2) escapes to heap

可另一個問題，又浮現(xiàn)出來了，就算它不會銷毀，那閉包函數(shù)若是存儲的若是 sum 拷貝后的值，那每次調用閉包函數(shù)，里面的 sum 應該都是一樣的，調用兩次都應該返回 2，而不是可以累加記錄。

因此，可以大膽猜測，閉包函數(shù)的結構體里存儲的是 sum 的指針。

為了驗證這一猜想，只能上匯編了。

通過執(zhí)行下面的命令，可以輸出對應的匯編代碼

go build -gcflags="-S" demo.go

輸出的內容相當之多，我提取出下面最關鍵的一行代碼，它定義了閉包函數(shù)的結構體。

其中 F 是函數(shù)的指針，但這不是重點，重點是 sum 存儲的確實是指針，驗證了我們的猜。

type.noalg.struct { F uintptr; "".sum *int }(SB), CX

4. 迷題揭曉

有了上面第三節(jié)的背景知識，那對于第二節(jié)給出的這道題，想必你也有答案了。

首先，由于 i 在函數(shù)定義的返回值上聲明，因此根據(jù) go 的 caller-save 模式， i 變量會存儲在 main 函數(shù)的棧空間。

然后，func1 的 return 重新把 5 賦值給了 i ，此時 i = 5

由于閉包函數(shù)存儲了這個變量 i 的指針。

因此最后，在 defer 中對 i 進行自增，是直接更新到 i 的指針上，此時 i = 5+1，所以最終打印出來的結果是 6

import "fmt" 
 
func func1() (i int) { 
    i = 10 
    defer func() { 
        i += 1 
    }() 
    return 5 
} 
 
func main() { 
    closure := func1() 
    fmt.Println(closure) 
}

5. 再度變題

上面那題聽懂了的話，再來看看下面這道題。

func1 的返回值我們不寫變量名 i 了，然后原先返回具體字面量，現(xiàn)在改成變量 i ，就是這兩小小小的改動，會導致運行結果大大不同，你可以思考一下結果。

import "fmt" 
 
func func1() (int) { 
    i := 10 
    defer func() { 
        i += 1 
    }() 
    return i 
} 
 
func main() { 
    closure := func1() 
    fmt.Println(closure) 
}

如果你在返回值里寫了變量名，那么該變量會存儲 main 的棧空間里，而如果你不寫，那 i 只能存儲在 func1 的?？臻g里，與此同時，return 的值，不會作用于原變量 i 上，而是會存儲在該函數(shù)在另一塊棧內存里。

因此你在 defer 中對原 i 進行自增，并不會作用到 func1 的返回值上。

所以打印的結果，只能是 10。

你答對了嗎?