【Go语言学习】匿名函数与闭包
前言
入坑 Go
语言已经大半年了,却没有写过一篇像样的技术文章,每次写一半就搁笔,然后就烂尾了。
几经思考,痛定思痛,决定金盆洗手,重新做人,哦不,重新开始写技术博文。
这段时间在研究Go语言闭包
的过程中,发现了很多有意思的东西,也学到了不少内容,于是便以次为契机,重新开始技术文章的输出。
什么是闭包
闭包
是 Go
语言中一个重要特性,也是 函数式编程
中必不可少的角色。那么什么是 闭包
呢?
A closure is a function value that references variables from outside its body.
这是 A Tour of Go
上的定义,闭包
是一种引用了外部变量的函数。但我觉得这个定义还不够准确,闭包
应该是引用了外部变量的 匿名函数
。
看了很多文章,大多把 闭包
跟匿名函数
混淆在了一起,也有很多人说,闭包
其实就是匿名函数
,但其实两者是不能直接划等号的。
闭包
是一种特殊的匿名函数
,是匿名函数
的子集。所以在说 闭包
之前,我们先来看看 匿名函数
吧。
匿名函数
匿名函数
顾名思义,就是没有名字的函数。在Go语言中,函数是一等公民,也就是说,函数可以被赋值或者当作返回值和参数进行传递,在很多时候我们并不需要一个有名字的函数(而且命名确实是一项相当费劲的事),所以我们在某些场景下可以选择使用 匿名函数
。
举个例子:
func main(){
hello := func(){
fmt.Println("Hello World")
}
hello()
}
这是一个简单的例子,我们声明了一个 匿名函数
,然后把它赋值给一个叫 hello
的变量,然后我们就能像调用函数那样使用它了。
这跟下面的代码效果是一样的:
func main(){
hello()
}
func hello(){
fmt.Println("Hello World")
}
我们还可以把 匿名函数
当作函数参数进行传递:
func main(){
doPrint("Hello World", func(s string){
fmt.Println(s)
})
}
type Printer func(string)
func doPrint(s string, printer Printer){
printer(s)
}
或者当作函数返回值进行返回:
func main(){
getPrinter()("Hello World")
}
type Printer func(string)
func getPrinter()Printer{
return func(s string){
fmt.Println(s)
}
}
匿名函数
跟普通函数在绝大多数场景下没什么区别,普通函数的函数名可以当作是与该函数绑定的函数常量。
一个函数主要包含两个信息:函数签名和函数体,函数的签名包括参数类型,返回值的类型,函数签名可以看做是函数的类型,函数的函数体即函数的值。所以一个接收匿名函数的变量的类型便是由函数的签名决定的,一个匿名函数被赋值给一个变量后,这个变量便只能接收同样签名的函数。
func main(){
hello := func(){
fmt.Println("Hello World")
} // 给 hello 变量赋值一个匿名函数
hello()
hello = func(){
fmt.Println("Hello World2")
} // 重新赋值新的匿名函数
hello()
hello = hi // 将一个普通函数赋值给 hello
hello()
hello = func(int){
fmt.Println("Hello World3")
} // 这里编译器会报错
hello()
}
func hi(){
fmt.Println("Hi")
}
匿名函数
跟普通函数的微小区别在于 匿名函数
赋值的变量可以重新设置新的 匿名函数
,但普通函数的函数名是与特定函数绑定的,无法再将其它函数赋值给它。这就类似于变量与常量之间的区别。
闭包的特性
说完了 匿名函数
,我们再回过头来看看 闭包
。
闭包
是指由一个拥有许多变量和绑定了这些变量的环境的匿名函数
闭包
=函数
+引用环境
听起来有点绕,什么是 引用环境
呢?
引用环境
是指在程序执行中的某个点所有处于活跃状态的变量所组成的集合。
由于闭包
把函数和运行时的引用环境打包成为一个新的整体,所以就解决了函数编程中的嵌套所引发的问题。
当每次调用包含闭包
的函数时都将返回一个新的闭包实例,这些实例之间是隔离的,分别包含调用时不同的引用环境现场。不同于函数,闭包
在运行时可以有多个实例,不同的引用环境和相同的函数组合可以产生不同的实例。
简单来说,闭包
就是引用了外部变量的匿名函数。不太明白?没关系,让我们先来看一个栗子:
func adder() func() int {
var i = 0
return func() int {
i++
return i
}
}
这是用闭包
实现的简单累加器,这一部分便是闭包,它引用在其作用域范围之外的变量i。
func() int {
i++
return i
}
可以这样使用:
func main() {
a := adder()
fmt.Println(a())
fmt.Println(a())
fmt.Println(a())
fmt.Println(a())
b := adder()
fmt.Println(b())
fmt.Println(b())
}
输出如下:
1
2
3
4
1
2
上述例子中,adder
是一个函数,没有入参,返回值是一个返回 int
类型的无参函数,也就是说调用 adder
函数会返回一个函数,这个函数的返回值是 int
类型,且不接收参数。
在 main
方法中:
a := adder()
这里是将调用后得到的函数赋值给了变量 a
,随后进行了四次函数调用和输出:
fmt.Println(a())
fmt.Println(a())
fmt.Println(a())
fmt.Println(a())
也许你还是会感到困惑,i
是 adder
函数里的变量,调用完成之后变量的生命周期不久结束了吗?为什么还能不断累加?
这就涉及到闭包
的另一个重要话题了:闭包
会让被引用的局部变量从栈逃逸到堆上,从而使其能在其作用域范围之外存活。闭包
“捕获”了和它在同一作用域的其它常量和变量。这就意味着当闭包
被调用的时候,不管在程序什么地方调用,闭包
能够使用这些常量或者变量。它不关心这些捕获了的变量和常量是否已经超出了作用域,只要闭包
还在使用它们,这些变量就还会存在。
匿名函数和闭包的使用
可以利用匿名函数
和闭包
可以实现很多有意思的功能,比如上面的累加器,便是利用了 闭包
的作用域隔离特性,每调用一次 adder
函数,就会生成一个新的累加器,使用新的变量 i
,所以在调用 b()
时,仍旧会从1开始输出。
再来看几个匿名函数
和闭包
应用的例子。
工厂函数
工厂函数即生产函数的函数,调用工厂函数可以得到其内嵌函数的引用,每次调用都可以得到一个新的函数引用。
func getFibGen() func() int {
f1 := 0
f2 := 1
return func() int {
f2, f1 = f1 + f2, f2
return f1
}
}
func main() {
gen := getFibGen()
for i := 0; i < 10; i++ {
fmt.Println(gen())
}
}
上面是利用闭包实现的函数工厂来求解斐波那契数列问题,调用 getFibGen
函数之后,gen
便获得了内嵌函数的引用,且该函数引用里一直持有 f1
和 f2
的引用,每执行一次 gen()
,便会运算一次斐波那契的递推关系式:
func() int {
f2, f1 = f1 + f2, f2
return f1
}
输出如下:
1
1
2
3
5
8
13
21
34
55
由于闭包
能构造出单独的变量环境,可以很好的实现环境隔离,所以很适合应用于函数工厂,在实现功能时保存某些状态变量。
装饰器/中间件
修饰器
是指在不改变对象的内部结构情况下,动态地扩展对象的功能。通过创建一个装饰器,来包装真实的对象。使用闭包
很容易实现装饰器模式
。
在 gin 中的 Middleware 便是使用装饰器模式
来实现的。比如我们可以这样实现一个自定义的 Logger:
func Logger() gin.HandlerFunc {
return func(context *gin.Context) {
host := context.Request.Host
url := context.Request.URL
method := context.Request.Method
fmt.Printf("%s::%s \t %s \t %s \n", time.Now().Format("2006-01-02 15:04:05"), host, url, method)
context.Next()
fmt.Println("response status: ", context.Writer.Status())
}
}
这是在 gin
中利用 匿名函数
实现的自定义日志中间件,在 gin
中,类似的用法十分常见。
defer
这是匿名函数
和闭包
最常用的地方,我们会经常在 defer
函数中使用匿名函数
和闭包
来做释放锁,关闭连接,处理 panic
等函数善后工作。
func main() {
defer func() {
if ok := recover(); ok != nil {
fmt.Println("recover from panic")
}
}()
panic("error")
}
gorutine
匿名函数
和闭包
还有一个十分常用的场景,那便是在启动 gorutine
时使用。
func main(){
go func(){
fmt.Println("Hello World")
}()
time.Sleep(1 * time.Second)
}
重新声明一下,在函数内部引用了外部变量便是闭包
,否则就是匿名函数
。
func main(){
hello := "Hello World"
go func(){
fmt.Println(hello)
}()
time.Sleep(1 * time.Second)
}
context
在cancelContext中也使用到了闭包:
// A CancelFunc tells an operation to abandon its work.
// A CancelFunc does not wait for the work to stop.
// A CancelFunc may be called by multiple goroutines simultaneously.
// After the first call, subsequent calls to a CancelFunc do nothing.
type CancelFunc func()
// WithCancel returns a copy of parent with a new Done channel. The returned
// context's Done channel is closed when the returned cancel function is called
// or when the parent context's Done channel is closed, whichever happens first.
//
// Canceling this context releases resources associated with it, so code should
// call cancel as soon as the operations running in this Context complete.
func WithCancel(parent Context) (ctx Context, cancel CancelFunc) {
c := newCancelCtx(parent)
propagateCancel(parent, &c)
return &c, func() { c.cancel(true, Canceled) }
}
// newCancelCtx returns an initialized cancelCtx.
func newCancelCtx(parent Context) cancelCtx {
return cancelCtx{Context: parent}
}
闭包的陷阱
闭包很好用,但在某些场景下,也十分具有欺骗性,稍有不慎,就会掉入其陷阱里。
不如先来看一个例子:
for j := 0; j < 2; j++ {
defer func() {
fmt.Println(j)
}()
}
你猜会输出什么?
2
2
这是因为在 defer
中使用的闭包引用了外部变量 j
。
闭包
中持有的是外部变量的引用
这是很容易犯的错误,在循环体中使用 defer
,来关闭连接,释放资源,但由于闭包内持有的是外部变量的引用,在这里持有的是变量 j
的引用,defer
会在函数执行完成前调用闭包,在开始执行闭包时,j
的值已经是2了。
那么这个问题应该如何修复呢?有两种方式,一种是重新定义变量:
for j := 0; j < 2; j++ {
k := j
defer func() {
fmt.Println(k)
}()
}
在循环体里,每次循环都定义了一个新的变量 k
来获取原变量 j
的值,因此每次调用闭包
时,引用的是不同的变量 k
,从而达到变量隔离的效果。
另一种方式是把变量当成参数传入:
for j := 0; j < 2; j++ {
defer func(k int) {
fmt.Println(k)
}(j)
}
这里每次调用闭包
时,传入的都是变量 j
的值,虽然 defer
仍会在函数执行完成前调用,但传入闭包
的参数值却是先计算好的,因而能够正确输出。
闭包
返回的包装对象是一个复合结构,里面包含匿名函数
的地址,以及环境变量
的地址。
为了更好的理解这一点,我们再来看一个例子:
package main
import "fmt"
func main() {
x, y := 1, 2
defer func(a int) {
fmt.Printf("x:%d,y:%d\n", a, y)
}(x)
x += 1
y += 1
fmt.Println(x, y)
}
输出如下:
2 3
x:1,y:3
另外,由于闭包
会使得其持有的外部变量逃逸出原有的作用域,所以使用不当可能会造成内存泄漏,这一点由于相当具有隐蔽性,所以也需要谨慎对待。
总结
闭包
是一种特殊的匿名函数
,是由函数体和引用的外部变量一起组成,可以看成类似如下结构:
type FF struct {
F unitptr
A *int
B *int
X *int // 如果X是string/[]int,那么这里应该为*string,*[]int
}
在Go语言中,闭包的应用十分广泛,掌握了闭包的使用可以让你在写代码时能更加游刃有余,也可以避免很多不必要的麻烦。所以是必须要掌握的一个知识点。
至此,关于闭包的内容就完结了,希望能对你有帮助。
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