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C#函數(shù)式程序設(shè)計(jì)之用閉包封裝數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)代碼

更新時(shí)間：2014年03月19日 15:08:12 作者：

如果一個(gè)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言能夠用高階函數(shù)解決問題，則意味著數(shù)據(jù)作用域問題已十分突出。當(dāng)函數(shù)可以當(dāng)成參數(shù)和返回值在函數(shù)之間進(jìn)行傳遞時(shí)，編譯器利用閉包擴(kuò)展變量的作用域，以保證隨時(shí)能得到所需要的數(shù)據(jù)

C#函數(shù)式程序設(shè)計(jì)之作用域

在C#中，變量的作用域是嚴(yán)格確定的。其本質(zhì)是所有代碼生存在類的方法中、所有變量只生存于聲明它們的模塊中或者之后的代碼中。變量的值是可變的，一個(gè)變量越是公開，帶來的問題就越嚴(yán)重。一般的原則是，變量的值最好保持不變，或者在最小的作用域內(nèi)保存其值。一個(gè)純函數(shù)最好只使用在自己的模塊中定義的變量值，不訪問其作用域之外的任何變量。

遺憾的是，有時(shí)我們無法把變量的值限制于函數(shù)的范圍內(nèi)。如果在程序的初始化時(shí)定義了幾個(gè)變量，在后面需要反復(fù)用到它們，怎么辦？一個(gè)可能的辦法是使用閉包。

C#函數(shù)式程序設(shè)計(jì)之閉包機(jī)制

為了理解閉包的本質(zhì)，我們分析幾個(gè)使用閉包的例子：

復(fù)制代碼代碼如下:

namespace Closures 
{ 
    class Closures 
    { 
        static void Closures() 
        { 
            Console.WriteLine(GetClosureFunc()(30)); 
        } 

        static Func<int,int> GetClosureFunc() 
        { 
            int val = 10; 
            Func<int, int> internalAdd = x => x + val; 
            Console.WriteLine(internalAdd(10)); 
            val = 30; 
            Console.WriteLine(internalAdd(10)); 
            return internalAdd; 
        } 
    } 
}

此代碼的結(jié)果輸出是多少？答案是20 40 60，前面兩個(gè)值，大家應(yīng)該很容易就能看出來，但第三個(gè)值為什么是60呢？先來看看程序的執(zhí)行流程：Closures函數(shù)調(diào)用GetClosureFunc函數(shù)并進(jìn)入其中。函數(shù)調(diào)用語(yǔ)句中帶了一個(gè)參數(shù)30。這是由于GetClosureFunc返回的是一個(gè)函數(shù)，即執(zhí)行時(shí)再次調(diào)用了這個(gè)函數(shù)，進(jìn)入GetClosureFunc函數(shù)中，首先val的值為10，通過internalAdd方法傳入一個(gè)值10，因此第一個(gè)輸出值為20，往下走，val的值變成30，通過internalAdd方法傳入值10，于是第二個(gè)輸出值為40。從這里我們大致可以看出，局部函數(shù)和局部變量如何在同一個(gè)作用域中起作用，顯然，對(duì)局部變量的改變會(huì)影響internalAdd的值，盡管變量的改變發(fā)生在internalAdd最初的創(chuàng)建之后。最后，GetClosureFunc返回了internalAdd方法，以參數(shù)30再次調(diào)用這個(gè)函數(shù)，于是，結(jié)果成為60。

初看起來，這并不真正符合邏輯。val應(yīng)該是一個(gè)局部變量，它生存在棧中，當(dāng)GetClosureFunc函數(shù)返回時(shí)，它就不在了，不是么？確實(shí)如此，這正是閉包的目的，當(dāng)編譯器會(huì)明白無誤地警告這種情況會(huì)引起程序的崩潰時(shí)阻止變量值超出其作用域之外。

從技術(shù)角度來看，數(shù)據(jù)保存的位置很重要，編譯器創(chuàng)建一個(gè)匿名類，并在GetClosureFunc中創(chuàng)建這個(gè)類的實(shí)例——如果不需要閉包起作用，則那個(gè)匿名函數(shù)只會(huì)與GetClosureFunc生存在同一個(gè)類中，最后，局部變量val實(shí)際上不再是一個(gè)局部變量，而是匿名類中的一個(gè)字段。其結(jié)果是，internalAdd現(xiàn)在可以引用保存在匿名類實(shí)例中的函數(shù)。這個(gè)實(shí)例中也包含變量val的數(shù)據(jù)。只要保持internalAdd的引用，變量val的值就一直保存著。

下面這段代碼說明編譯器在這種情形下采用的模式：

復(fù)制代碼代碼如下:

private sealed class DisplayClass 
{ 
    public int val; 

    public int AnonymousFunc(int x) 
    { 
        return x + this.val; 
    } 

    private static Func<int, int> GetClosureFunc() 
    { 
        DisplayClass displayClass = new DisplayClass(); 
        displayClass.val = 10; 
        Func<int, int> internalAdd = displayClass.AnonymousFunc; 
        Console.WriteLine(internalAdd(10)); 
        displayClass.val = 30; 
        Console.WriteLine(internalAdd(10)); 
        return internalAdd; 
    } 
}

回到動(dòng)態(tài)創(chuàng)建函數(shù)思想：現(xiàn)在可以憑空創(chuàng)建新的函數(shù)，而且它的功能因參數(shù)而異。例如，下面這個(gè)函數(shù)把一個(gè)靜態(tài)值加到一個(gè)參數(shù)上：

復(fù)制代碼代碼如下:

private static void DynamicAdd() 
{ 
    var add5 = GetAddX(5); 
    var add10 = GetAddX(10); 
    Console.WriteLine(add5(10)); 
    Console.WriteLine(add10(10)); 
} 

private static Func<int,int> GetAddX(int staticVal) 
{ 
    return x => staticVal + x; 
}

這個(gè)原理正是許多函數(shù)構(gòu)建技術(shù)的基礎(chǔ)，這種方法顯然與方法重載等面向?qū)ο蠓椒ㄏ鄬?duì)應(yīng)。但是與方法重載不同，匿名函數(shù)的創(chuàng)建可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)發(fā)生，只需受另一個(gè)函數(shù)中的一行代碼觸發(fā)。為使某個(gè)算法更加容易讀和寫而使用的特殊函數(shù)可以在調(diào)用它的方法中創(chuàng)建，而不是再類級(jí)別上胡亂添加函數(shù)或方法——這正是函數(shù)模塊化的核心思想。

總結(jié)

閉包是程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言支持函數(shù)式設(shè)計(jì)方法的一個(gè)重要工具。

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