Go语言之闭包
创始人
2024-06-02 17:22:51
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一、闭包定义

1.简单的闭包场景

  • 简单来说,一个函数采用了外部的局部变量,就叫闭包
  • 如下面,main函数中匿名函数使用了函数外部定义的局部变量ret,该匿名函数就被称为闭包函数,该变量ret被称为捕获变量
package mainimport "fmt"func main(){ret := 0res := func(int)int{ret = ret + 3fmt.Println(ret)return ret}fmt.Println(res(1))
}

2.复杂的闭包场景

package mainimport "fmt"func cfunc()func()int{i := 4res := func()int{return i}return res
}
func main(){fres1 := cfunc()fres2 := cfunc()fmt.Println(fres1())fmt.Println(fres2())
}
  • 上述代码结果应该输出什么呢?结果是fres1和fres2都是5,这个是为什么呢?这不得不先说下闭包的原理了。

二、闭包原理

1.捕获变量除初始化赋值外没有被修改

  • 我们就以上述复杂场景来简单说下闭包的原理
    在这里插入图片描述
  • 上述代码在执行阶段,调用cfunc函数就会在堆上创建一个闭包函数的funcval结构体(该结构体中存有fn是闭包函数的地址和捕获列表)。这个结构体的起始地址作为返回值写入返回值空间。通过fres1、fres2调用闭包函数,就会找到各自的funcval结构体,拿到同一个函数入口。因为通过fres1、fres2找到的都是各自的funcval结构体,故拿的都是各自的捕获列表。这就是称闭包函数为有状态的函数的原因。
  • 闭包函数是如何找到对应的捕获列表?在go中通过funcval结构体调用函数时,会把funcval该结构体的地址放到一个寄存器中。这样在闭包函数中就可以通过寄存器取出funcval结构体的地址,然后加上对应的偏移量找到捕获列表里每个捕获变量。
  • 捕获列表并不是拷贝变量的值这么简单。被闭包捕获的变量要在外层函数与闭包函数中表现一致,就好像外层函数和闭包函数使用的是同一个变量一样。对此Go语言编译器做了不同的几种处理:
    (1)被捕获的变量除了初始化赋值外,在任何地方都没有被修改过,这种情况,直接是将值拷贝到捕获列表中即可
    (2)若除了初始化赋值外还被修改过,则细分为三种情况:变量逃逸、参数堆分配、返回值

2.变量逃逸

在这里插入图片描述

  • 上述例子中,被捕获的局部变量i除了初始化赋值后还被修改,此时在funcval闭包对象结构体中,捕获列表存的是捕获变量的地址(&i)。
  • 定义fres阶段:cfunc栈帧中,由于变量被捕获,局部变量i会改为堆分配,在栈上只存i的地址(&i)。第一次for循环,在堆上创建funcval结构体,捕获i的地址,这样闭包函数和外层函数就操作同一个变量了,返回值第一个元素存储addr0,第一次for循环执行结束,i++从0变成1。第二次for循环开始,在堆上创建funcval结构体,捕获i的地址,返回值第二个元素存储addr1,第二次for循环执行结束,i++从1变成2。第三次for循环开始,在堆上创建funcval结构体,捕获i的地址,返回值第二个元素存储addr2,第三次for循环执行结束,i++从2变成3。满足for循环退出条件,cfunc函数执行结束,把返回值拷贝到局部变量fres。
  • 通过fres去调用cfunc函数阶段:通过fres[0]调用cfunc函数时,把闭包结构体的起始地址addr0存入寄存器中,闭包函数通过寄存器存储的地址加上偏移找到捕获变量i的地址;通过fres[1]调用cfunc函数时,把闭包结构体的起始地址addr1存入寄存器中,闭包函数通过寄存器存储的地址加上偏移找到捕获变量i的地址;通过fres[2]调用cfunc函数时,把闭包结构体的起始地址addr2存入寄存器中,闭包函数通过寄存器存储的地址加上偏移找到捕获变量i的地址;被捕获的i的地址都是同一个,故打印的都是3。

3.参数堆分配

在这里插入图片描述

  • 若修改和被捕获的是参数,涉及到函数原型,参数依然通过调用者栈帧传入,但是编译器会把栈上的参数拷贝到堆上,然后外层函数和闭包函数都使用堆上分配的这一个。

4.返回值

在这里插入图片描述

  • 若处理的是返回值,调用者栈帧上依然会分配返回值空间,不过闭包的外层函数会在堆上也分配一个返回值空间。外层函数和闭包函数都使用堆上这个,但在外层函数返回前,需要把堆上的这个返回值拷贝到栈上的返回值空间中

参考:b站up主:幼麟实验室

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