c#之函数创建和闭包

阅读目录:

  1. 动态创建函数
  2. 匿名函数不足之处
  3. 理解c#中的闭包
  4. 闭包的优点

动态创建函数

大多数同学,都或多或少的使用过。回顾下c#中动态创建函数的进化:

C# 1.0中:

  1. public delegate string DynamicFunction(string name);
  2. public static DynamicFunction GetDynamicFunction()
  3. {
  4. return GetName;
  5. }
  6. static string GetName(string name)
  7. {
  8. return name;
  9. }
  10. var result = GetDynamicFunction()("mushroom");

3.0写惯了是不是看起来很繁琐、落后。 刚学委托时,都把委托理解成函数指针,也来看下用函数指针实现的:

  1. char GetName(char p);
  2. typedef char (*DynamicFunction)(char p);
  3. DynamicFunction GetDynamicFunction()
  4. {
  5. return GetName;
  6. }
  7. char GetName(char p)
  8. {
  9. return p;
  10. };
  11. char result = GetDynamicFunction()('m');

对比起来和c# 1.0几乎一模一样了(引用/指针差别),毕竟是同一家族的。

C# 2.0中,增加匿名函数:

  1. public delegate string DynamicFunction(string name);
  2. DynamicFunction result2 = delegate(string name)
  3. {
  4. return name;
  5. };

C# 3.0中,增加Lambda表达式,华丽的转身:

  1. public static Func<string, string> GetDynamicFunction()
  2. {
  3. return name => name;
  4. }
  5. var result = GetDynamicFunction()("mushroom");

匿名函数不足之处

虽然增加Lambda表达式,已经极大简化了我们的工作量。但确实有些不足之处:

  1. var result = name => name;

这些写编译时是报错的。因为c#本身强类型语言的,提供var语法糖只是为了省去声明确定类型的工作量。 编译器在编译时必须能够完全推断出各参数的类型才行。代码中的name参数类型,显然在编译时无法推断出来的。

  1. var result = (string name) => name;
  2. Func<string, string> result2 = (string name) => name;
  3. Expression<Func<string, string>> result3 = (string name) => name;

上面直接声明name类型呢,很遗憾这样也是报错的。代码中已经给出答案了,编译器推断不出右边表达式是属于Func<string, string>类型还是Expression<Func<string, string>>类型。

  1. dynamic result = name => name;
  2. dynamic result1 = (Func<string,string>)(name => name);

用dynamic呢,同样编译器也分不出右边是个委托,我们显示转换下就可以了。

  1. Func<string, string> function = name => name;
  2. DynamicFunction df = function;

这里定义个func委托,虽然参数和返回值类型都和DynamicFunction委托一样,但编译时还是会报错:不能隐式转换Func<string, string>到DynamicFunction,2个类型是不兼容的。

理解c#中的闭包

谈论到动态创建函数,都要牵扯到闭包。闭包这个概念资料很多了,理论部分这里就不重复了。 来看看c#代码中闭包:

  1. Func<Func<int>> A = () =>
  2. {
  3. var age = 18;
  4. return () => //B函数
  5. {
  6. return age;
  7. };
  8. };
  9. var result = A()();

上面就是闭包,可理解为就是: 跨作用域访问函数内变量,也有说带着数据的行为。
C#变量作用域一共有三种,即:类变量,实例变量,函数内变量。子作用域访问父作用域的变量(即函数内访问实例/类变量)在我们看来理所当然的,也符合我们一直的编程习惯。
例子中匿名函数B是可以访问上层函数A的变量age。对于编译器而言,A函数是B函数的父作用域,所以B函数访问父作用域的age变量是符合规范的。

  1. int age = 16;
  2. void Display()
  3. {
  4. Console.WriteLine(age);
  5. int age = 18;
  6. Console.WriteLine(age);
  7. }

上面编译会报错未声明使用,编译器检查到函数内声明age后,作用域就会覆盖父作用域的age,(像JS就undefined了)。

  1. Func<int> C = () =>
  2. {
  3. var age = 19;
  4. return age;
  5. };

上面声明个同级函数C,那么A函数是无法访C函数中的age变量的。 简单来说就是不可跨作用域访问其他函数内的变量。 那编译器是怎么实现闭包机制的呢?

如上图,答案是升级作用域,把A函数升级为一个实例类作用域。 在编译代码期间,编译器检查到B函数使用A函数内变量时,会自动生成一个匿名类x,把原A函数内变量age提升为x类的字段(即实例变量),A函数提升为匿名类x的实例函数。下面是编译器生成的代码(精简过):

  1. class Program1
  2. {
  3. static Func<Func<int>> CachedAnonymousMethodDelegate2;
  4. static void Main(string[] args)
  5. {
  6. Func<Func<int>> func = new Func<Func<int>>(Program1.B);
  7. int num = func()();
  8. }
  9. static Func<int> B()
  10. {
  11. DisplayClass cl = new DisplayClass();
  12. cl.age = 18;
  13. return new Func<int>(cl.A);
  14. }
  15. }
  16. sealed class DisplayClass
  17. {
  18. public int age;
  19. public int A()
  20. {
  21. return this.age;
  22. }
  23. }

我们再来看个复杂点的例子:

  1. static Func<int, int> GetClosureFunction()
  2. {
  3. int val = 10;
  4. Func<int, int> interAdd = x => x + val;
  5. Console.WriteLine(interAdd(10));
  6. val = 30;
  7. Console.WriteLine(interAdd(10));
  8. return interAdd;
  9. }
  10. Console.WriteLine(GetClosureFunction()(30));

输出结果是20、40、60。 当看到这个函数内变量val通过闭包被传递的时候,我们就知道val不仅仅是个函数内变量了。之前我们分析过编译器怎么生成的代码,知道val此时是一个匿名类的实例变量,interAdd是匿名类的实例函数。所以无论val传递多少层,它的值始终保持着,直到离开这个(链式)作用域。

关于闭包,在js当中谈论的比较多,同理,可以对比理解下:

  1. function A() {
  2. var age = 18;
  3. return function () {
  4. return age;
  5. }
  6. }
  7. A()();

闭包的优点

  • 对变量的保护。想暴露一个变量值,但又怕声明类或实例变量会被其他函数污染,这时就可以设计个闭包,只能通过函数调用来使用它。
  • 逻辑连续性和变量保持。 A()是执行一部分逻辑,A()()仅接着A()逻辑继续走下去,在这个逻辑上下文期间,变量始终都被保持着,可以随意使用。
作者:蘑菇先生 出处:http://mushroom.cnblogs.com/

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