Golang中闭包的实现原理

悠悠 2022-03-16 00:10 287阅读 0赞

**闭包的实现**

闭包是由函数及其相关引用环境组合而成的实体(即：闭包=函数+引用环境)。

Go中的闭包

闭包是函数式语言中的概念，Go语言是支持闭包的，这里只是简单地讲一下在Go语言中闭包是如何实现的。

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

函数f返回了一个函数，返回的这个函数就是一个闭包。这个函数中本身是没有定义变量i的，而是引用了它所在的环境（函数f）中的变量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引用的是不同的环境，在调用i++时修改的不是同一个i，因此两次的输出都是1。函数f每进入一次，就形成了一个新的环境，对应的闭包中，函数都是同一个函数，环境却是引用不同的环境。变量i是函数f中的局部变量，假设这个变量是在函数f的栈中分配的，是不可以的。因为函数f返回以后，对应的栈就失效了，f返回的那个函数中变量i就引用一个失效的位置了。所以闭包的环境中引用的变量不能够在栈上分配。

**escape analyze**

在继续研究闭包的实现之前，先看一看Go的一个语言特性

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

Cursor是一个结构体，这种写法在C语言中是不允许的，因为变量c是在栈上分配的，当函数f返回后c的空间就失效了。但是，在Go语言规范中有说明，这种写法在Go语言中合法的。语言会自动地识别出这种情况并在堆上分配c的内存，而不是函数f的栈上。

为了验证这一点，可以观察函数f生成的汇编代码：

MOVQ $type."".Cursor+0(SB),(SP) // 取变量c的类型，也就是Cursor
    PCDATA $0,$16
    PCDATA $1,$0
    CALL ,runtime.new(SB) // 调用new函数，相当于new(Cursor)
    PCDATA $0,$-1
    MOVQ 8(SP),AX // 取c.X的地址放到AX寄存器
    MOVQ $500,(AX) // 将AX存放的内存地址的值赋为500
    MOVQ AX,"".~r0+24(FP)
    ADDQ $16,SP

识别出变量需要在堆上分配，是由编译器的一种叫escape analyze的技术实现的。如果输入命令：

go build --gcflags=-m main.go

可以看到输出：

./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可以分析出变量的作用范围，这是对垃圾回收很重要的一项技术。

**闭包结构体**

回到闭包的实现来，前面说过，闭包是函数和它所引用的环境。那么是不是可以表示为一个结构体呢：

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

事实上，Go在底层确实就是这样表示一个闭包的。让我们看一下汇编代码：

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，这一段就是i = new(int)
    ...
    MOVQ $type.struct { F uintptr; A0 *int }+0(SB),(SP) // 这个结构体就是闭包的类型
    ...
    CALL ,runtime.new(SB) // 接下来相当于 new(Closure)
    PCDATA $0,$-1
    MOVQ 8(SP),AX
    NOP ,
    MOVQ $"".func·001+0(SB),BP
    MOVQ BP,(AX) // 函数地址赋值给Closure的F部分
    NOP ,
    MOVQ "".&i+16(SP),BP // 将堆中new的变量i的地址赋值给Closure的值部分
    MOVQ BP,8(AX)
    MOVQ AX,"".~r1+40(FP)
    ADDQ $24,SP
    RET ,

其中func·001是另一个函数的函数地址，也就是f返回的那个函数。

小结

1. Go语言支持闭包

2. Go语言能通过escape analyze识别出变量的作用域，自动将变量在堆上分配。将闭包环境变量在堆上分配是Go实现闭

包的基础。

3. 返回闭包时并不是单纯返回一个函数，而是返回了一个结构体，记录下函数返回地址和引用的环境中的变量地址。

其他：

《Go语言编程》中闭包的理解

闭包的概念：是可以包含自由（未绑定到特定对象）变量的代码块，这些变量不在这个代码块内或者任何全局上下文中定义，而是在定义代码块的环境中定义。要执行的代码块（由于自由变量包含在代码块中，所以这些自由变量以及它们引用的对象没有被释放）为自由变量提供绑定的计算环境（作用域）。

闭包的价值 : 闭包的价值在于可以作为函数对象或者匿名函数，对于类型系统而言，这意味着不仅要表示数据还要表示代码。支持闭包的多数语言都将函数作为第一级对象，就是说这些函数可以存储到变量中作为参数传递给其他函数，最重要的是能够被函数动态创建和返回。

js中的闭包

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