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大家好，我是站長(zhǎng) polarisxu。

通常，JS 面試，閉包應(yīng)該是必考的題目。隨著越來(lái)越多的語(yǔ)言對(duì)函數(shù)式范式的支持，閉包問(wèn)題經(jīng)常出現(xiàn)。在 Go 語(yǔ)言中也是如此。

本文從一道題引出 Go 中的閉包。這是 Go 語(yǔ)言愛(ài)好者周刊第 90 期的一道題目。以下代碼輸出什么?

package main 
 
import "fmt" 
 
func app() func(string) string { 
 t := "Hi" 
 c := func(b string) string { 
  t = t + " " + b 
  return t 
 } 
 return c 
} 
 
func main() { 
 a := app() 
 b := app() 
 a("go") 
 fmt.Println(b("All")) 
} 

這道題目答對(duì)的人蠻多的：60%。不管你是答對(duì)還是答錯(cuò)，如果最后再加一行代碼：fmt.Println(a("All"))，它輸出什么?想看看你是不是蒙對(duì)了。(提示：你可以輸出 t 的地址，看看是什么情況。)

01 什么是閉包

維基百科對(duì)閉包的定義：

在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，閉包(英語(yǔ)：Closure)，又稱(chēng)詞法閉包(Lexical Closure)或函數(shù)閉包(function closures)，是在支持頭等函數(shù)的編程語(yǔ)言中實(shí)現(xiàn)詞法綁定的一種技術(shù)。閉包在實(shí)現(xiàn)上是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，它存儲(chǔ)了一個(gè)函數(shù)(通常是其入口地址)和一個(gè)關(guān)聯(lián)的環(huán)境(相當(dāng)于一個(gè)符號(hào)查找表)。環(huán)境里是若干對(duì)符號(hào)和值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，它既要包括約束變量(該函數(shù)內(nèi)部綁定的符號(hào))，也要包括自由變量(在函數(shù)外部定義但在函數(shù)內(nèi)被引用)，有些函數(shù)也可能沒(méi)有自由變量。閉包跟函數(shù)最大的不同在于，當(dāng)捕捉閉包的時(shí)候，它的自由變量會(huì)在捕捉時(shí)被確定，這樣即便脫離了捕捉時(shí)的上下文，它也能照常運(yùn)行。捕捉時(shí)對(duì)于值的處理可以是值拷貝，也可以是名稱(chēng)引用，這通常由語(yǔ)言設(shè)計(jì)者決定，也可能由用戶(hù)自行指定(如 C++)。

關(guān)于(函數(shù))閉包，有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

• 函數(shù)是一等公民;
• 閉包所處環(huán)境，可以引用環(huán)境里的值;

問(wèn)到什么是閉包時(shí)，網(wǎng)上一般這么回答的：

在支持函數(shù)是一等公民的語(yǔ)言中，一個(gè)函數(shù)的返回值是另一個(gè)函數(shù)，被返回的函數(shù)可以訪問(wèn)父函數(shù)內(nèi)的變量，當(dāng)這個(gè)被返回的函數(shù)在外部執(zhí)行時(shí)，就產(chǎn)生了閉包。

所以，上面題目中，函數(shù) app 的返回值是另一個(gè)函數(shù)，因此產(chǎn)生了閉包。

02 Go 中的閉包

Go 中的函數(shù)是一等公民，之前寫(xiě)過(guò)一篇文章：函數(shù)是一等公民，這到底在說(shuō)什么?

日常開(kāi)發(fā)中，閉包是很常見(jiàn)的。舉幾個(gè)例子。

標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)

在 net/http 包中的函數(shù) ProxyURL，實(shí)現(xiàn)如下：

// ProxyURL returns a proxy function (for use in a Transport) 
// that always returns the same URL. 
func ProxyURL(fixedURL *url.URL) func(*Request) (*url.URL, error) { 
 return func(*Request) (*url.URL, error) { 
  return fixedURL, nil 
 } 
} 

它的返回值是另一個(gè)函數(shù)，簽名是：

func(*Request) (*url.URL, error) 

在返回的函數(shù)中，引用了父函數(shù)(ProxyURL)的參數(shù) fixedURL，因此這是閉包。

Web 中間件

在 Web 開(kāi)發(fā)中，中間件一般都會(huì)使用閉包。比如 Echo 框架中的一個(gè)中間件：

// BasicAuthWithConfig returns an BasicAuth middleware with config. 
// See `BasicAuth()`. 
func BasicAuthWithConfig(config BasicAuthConfig) echo.MiddlewareFunc { 
 // Defaults 
 if config.Validator == nil { 
  panic("echo: basic-auth middleware requires a validator function") 
 } 
  ... 
 return func(next echo.HandlerFunc) echo.HandlerFunc { 
  return func(c echo.Context) error { 
   /// 省略很多代碼 
      ... 
  } 
 } 
} 

首先，echo.MiddlewareFunc 是一個(gè)函數(shù)：

type MiddlewareFunc func(HandlerFunc) HandlerFunc 

而 echo.HandlerFunc 也是一個(gè)函數(shù)：

type HandlerFunc func(Context) error 

所以，上面的函數(shù)嵌套了幾層，是典型的閉包。

這是閉包嗎?

在 Go 中不支持函數(shù)嵌套定義，函數(shù)內(nèi)嵌套函數(shù)，必須通過(guò)匿名函數(shù)的形式。匿名函數(shù)在 Go 中是很常見(jiàn)的，比如開(kāi)啟一個(gè) goroutine，通常通過(guò)匿名函數(shù)。

現(xiàn)在有一個(gè)問(wèn)題，以下代碼是閉包嗎?

package main 
 
import (   
    "fmt" 
) 
 
func main() {   
    a := 5 
    func() { 
        fmt.Println("a =", a) 
    }() 
} 

如果按照上面網(wǎng)上一般的回答，這不是閉包，因?yàn)椴](méi)有返回函數(shù)。但按照維基百科的定義，這個(gè)屬于閉包。有沒(méi)有其他證據(jù)呢?

在 Go 語(yǔ)言規(guī)范中，關(guān)于函數(shù)字面值(匿名函數(shù))有這么一句話(huà)：

Function literals are closures: they may refer to variables defined in a surrounding function. Those variables are then shared between the surrounding function and the function literal, and they survive as long as they are accessible.

也就是說(shuō)，函數(shù)字面值(匿名函數(shù))是閉包，它們可以引用外層函數(shù)定義的變量。

此外，在官方 FAQ 中有這樣的說(shuō)明：

What happens with closures running as goroutines?

例子是：

func main() { 
    done := make(chan bool) 
 
    values := []string{"a", "b", "c"} 
    for _, v := range values { 
        go func() { 
            fmt.Println(v) 
            done <- true 
        }() 
    } 
 
    // wait for all goroutines to complete before exiting 
    for _ = range values { 
        <-done 
    } 
} 

這是 Go 中很常見(jiàn)的代碼(很容易寫(xiě)錯(cuò)的)，F(xiàn)AQ 稱(chēng)開(kāi)啟 goroutine 的那個(gè)匿名函數(shù)是一個(gè)閉包。

03 匯編看看實(shí)現(xiàn)

回到開(kāi)始的題目，我們通過(guò)匯編看看，Go 閉包的實(shí)現(xiàn)，是不是按照維基百科說(shuō)的，「閉包在實(shí)現(xiàn)上是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，它存儲(chǔ)了一個(gè)函數(shù)(通常是其入口地址)和一個(gè)關(guān)聯(lián)的環(huán)境(相當(dāng)于一個(gè)符號(hào)查找表)」。

$ go tool compile -S main.go 

看關(guān)鍵代碼：

0x0000 00000 (main.go:5) TEXT "".app(SB), ABIInternal, $24-8 
0x0000 00000 (main.go:5) MOVQ (TLS), CX 
0x0009 00009 (main.go:5) CMPQ SP, 16(CX) 
0x000d 00013 (main.go:5) PCDATA $0, $-2 
0x000d 00013 (main.go:5) JLS 96 
0x000f 00015 (main.go:5) PCDATA $0, $-1 
0x000f 00015 (main.go:5) SUBQ $24, SP 
0x0013 00019 (main.go:5) MOVQ BP, 16(SP) 
0x0018 00024 (main.go:5) LEAQ 16(SP), BP 
0x001d 00029 (main.go:5) FUNCDATA $0, gclocals·2a5305abe05176240e61b8620e19a815(SB) 
0x001d 00029 (main.go:5) FUNCDATA $1, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB) 
0x001d 00029 (main.go:7) LEAQ type.noalg.struct { F uintptr; "".t string }(SB), AX 
0x0024 00036 (main.go:7) MOVQ AX, (SP) 
0x0028 00040 (main.go:7) PCDATA $1, $0 
0x0028 00040 (main.go:7) CALL runtime.newobject(SB) 
0x002d 00045 (main.go:7) MOVQ 8(SP), AX 
0x0032 00050 (main.go:7) LEAQ "".app.func1(SB), CX 
0x0039 00057 (main.go:7) MOVQ CX, (AX) 
0x003c 00060 (main.go:7) MOVQ $2, 16(AX) 
0x0044 00068 (main.go:7) LEAQ go.string."Hi"(SB), CX 
0x004b 00075 (main.go:7) MOVQ CX, 8(AX) 
0x004f 00079 (main.go:10) MOVQ AX, "".~r0+32(SP) 
0x0054 00084 (main.go:10) MOVQ 16(SP), BP 
0x0059 00089 (main.go:10) ADDQ $24, SP 
0x005d 00093 (main.go:10) RET 
0x005e 00094 (main.go:10) NOP 

其中 LEAQ type.noalg.struct { F uintptr; "".t string }(SB), AX 這行表明 Go 對(duì)閉包的實(shí)現(xiàn)和維基百科說(shuō)的類(lèi)似。

現(xiàn)在看看下面這種是不是這么實(shí)現(xiàn)的：

package main 
 
import (   
    "fmt" 
) 
 
func main() {   
    a := 5 
    func() { 
        fmt.Println("a =", a) 
    }() 
} 

看看匯編

$ go tool compile -S test.go 
"".main.func1 STEXT size=215 args=0x8 locals=0x50 funcid=0x0 
  0x0000 00000 (test.go:9) TEXT "".main.func1(SB), ABIInternal, $80-8 
  0x0000 00000 (test.go:9) MOVQ (TLS), CX 
  0x0009 00009 (test.go:9) CMPQ SP, 16(CX) 
  0x000d 00013 (test.go:9) PCDATA $0, $-2 
  0x000d 00013 (test.go:9) JLS 205 
  0x0013 00019 (test.go:9) PCDATA $0, $-1 
  0x0013 00019 (test.go:9) SUBQ $80, SP 
  0x0017 00023 (test.go:9) MOVQ BP, 72(SP) 
  0x001c 00028 (test.go:9) LEAQ 72(SP), BP 
  0x0021 00033 (test.go:9) FUNCDATA $0, gclocals·69c1753bd5f81501d95132d08af04464(SB) 
  0x0021 00033 (test.go:9) FUNCDATA $1, gclocals·9fb7f0986f647f17cb53dda1484e0f7a(SB) 
  0x0021 00033 (test.go:10) MOVQ "".a+88(SP), AX 
  0x0026 00038 (test.go:10) MOVQ AX, (SP) 
  0x002a 00042 (test.go:10) PCDATA $1, $0 
  0x002a 00042 (test.go:10) CALL runtime.convT64(SB) 
  0x002f 00047 (test.go:10) MOVQ 8(SP), AX 
  0x0034 00052 (test.go:10) MOVQ AX, ""..autotmp_21+64(SP) 
  0x0039 00057 (test.go:10) LEAQ type.[2]interface {}(SB), CX 
  0x0040 00064 (test.go:10) MOVQ CX, (SP) 
  0x0044 00068 (test.go:10) PCDATA $1, $1 
  0x0044 00068 (test.go:10) CALL runtime.newobject(SB) 
  0x0049 00073 (test.go:10) MOVQ 8(SP), AX 
  0x004e 00078 (test.go:10) LEAQ type.string(SB), CX 
  0x0055 00085 (test.go:10) MOVQ CX, (AX) 
  0x0058 00088 (test.go:10) LEAQ ""..stmp_1(SB), CX 
  0x005f 00095 (test.go:10) MOVQ CX, 8(AX) 
  0x0063 00099 (test.go:10) LEAQ type.int(SB), CX 
  0x006a 00106 (test.go:10) MOVQ CX, 16(AX) 
  0x006e 00110 (test.go:10) PCDATA $0, $-2 
  0x006e 00110 (test.go:10) CMPL runtime.writeBarrier(SB), $0 
  0x0075 00117 (test.go:10) JNE 189 
  0x0077 00119 (test.go:10) MOVQ ""..autotmp_21+64(SP), CX 
  0x007c 00124 (test.go:10) MOVQ CX, 24(AX) 
  0x0080 00128 (test.go:10) PCDATA $0, $-1 
  0x0080 00128 (test.go:10) PCDATA $1, $-1 

發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有這樣的結(jié)構(gòu)體，可見(jiàn) Go 對(duì)這種情況做了特殊處理，因?yàn)樗皇侵貜?fù)使用的匿名函數(shù)。

04 總結(jié)

通過(guò)以上的講解，對(duì)閉包應(yīng)該有了更清晰的認(rèn)識(shí)。如果面試中再被問(wèn)到閉包，你可以這么回答：

對(duì)閉包來(lái)說(shuō)，函數(shù)在該語(yǔ)言中得是一等公民。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)函數(shù)返回另外一個(gè)函數(shù)，這個(gè)被返回的函數(shù)可以引用外層函數(shù)的局部變量，這形成了一個(gè)閉包。通常，閉包通過(guò)一個(gè)結(jié)構(gòu)體來(lái)實(shí)現(xiàn)，它存儲(chǔ)一個(gè)函數(shù)和一個(gè)關(guān)聯(lián)的上下文環(huán)境。但 Go 語(yǔ)言中，匿名函數(shù)就是一個(gè)閉包，它可以直接引用外部函數(shù)的局部變量，因?yàn)?Go 規(guī)范和 FAQ 都這么說(shuō)了。

面試官會(huì)不會(huì)被你驚到：原來(lái)如此，后一種說(shuō)法我之前沒(méi)有注意過(guò)。

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