GO基础笔记(二) 闭包及其陷阱

闭包及其陷阱

GO是支持函数式编程的,在GO中,函数是一等公民,它可以作为变量被赋值,作为参数被传递到其它函数中。

那么既然能够将函数作为变量,GO就一定是支持闭包的。

闭包概念

什么是闭包呢?其实很简单,我们都知道,变量是有其作用域的。例如,在函数中声明定义的变量就只能够在当前函数中使用,当函数结束时,该变量空间就会被释放,外部无法再使用。

但是,闭包允许我们将变量的作用域进行扩充。当我们的函数会返回另外一个函数时(不管是直接返回出去,还是保存在其他变量中间接返回出去),这个被返回的函数如果引用到一些内部的变量,那么这些内部的变量值将会和被返回的函数一起“打包”,作为一个整体返回出去。

这样,在外部,不仅可以使用到被返回的函数,也可以使用到本应该是不可见的,那些被一起打包返回的内部变量的值。

通俗地说,这其实是一个“借刀杀人”的过程。例如你想访问函数fun1的某个内部变量a的值,但是fun1没有直接返回这个值。这在一般情况下就无法实现了:

package main

import "fmt"

func fun1() {
    a := 10
    fmt.Println("fun1 a =", a)
}


func main() {
    // 这里无法直接访问fun1中的a
    fmt.Println("fun1 a =", a)   // 编译错误:undefined: a
}

但是,如果我们让fun1返回另外一个函数(假设为fun2),这个函数使用到了变量a。因为fun2被返回出去了,外部能够访问了,那么变量a就会和fun2作为闭包一起被返回出去,外部就能获取a的值了。我们通过第三者fun2访问到了a

package main

import "fmt"

// 需要被闭包返回出去的函数
type fun2 func() int

func fun1() fun2 {
    a := 10
    return func() int {
        // 将fun1中的a返回出去
        return a
    }
}

func main() {
    // 先获取fun2
    fun2 := fun1()
    // 从fun2获取a
    a := fun2()

    fmt.Println("a =", a)
}

这就是闭包最简单的用法了。

闭包的作用(通过例子学习)

如果这样,你可能会想:那闭包有什么用呢?我为什么不直接返回a,还需要费劲地通过一个函数来把函数返回出去?

当然,上面的例子没有什么意义,只是为了让大家简单地认识闭包。我们来看一个更加具体的例子:通过闭包实现求算斐波那契数列。

和传统的求斐波那契不一样,我们想实现这么个效果:

  • 获取一个fib()函数,每次调用该函数,都能返回下一个斐波那契数。
  • 例如,运行fmt.Println(fib(), fib(), fib(), fib(), fib(), fib()),可以输出:1 1 2 3 5 8

我们的这个fib函数似乎有记忆功能,它能够“记住”我们之前的调用,根据之前的结果来推算出现在的斐波那契值。

我们可以定义两个全局变量来实现:

import "fmt"

var front, next = 1, 0


func fib() int {

    result := front + next
    front = next
    next = result

    return result

}

func main() {

    fmt.Println(fib(), fib(), fib(), fib(), fib())

}

但是,frontnext这两个全局变量只在fib函数中被使用,强行把它们定义为全局的似乎并不妥当。

那更好的做法就是不定义全局变量,通过闭包将函数内的变量转换为全局的。为了实现这样的效果,fib函数必须通过其它函数返回,这样就可以在其它函数定义这样的“类全局”的变量了:

package main

import "fmt"

func fibFunc() func() int {
    front, next := 1, 0

    return func() int {

        result := front + next
        front = next
        next = result

        return result
    }
}

func main() {

    fib := fibFunc()

    fmt.Println(fib(), fib(), fib(), fib(), fib(), fib())
}

闭包的另一个好处就是我们可以创建不同的fib实体,来产生互不影响的独立的fib序列:

func main() {

    fib1 := fibFunc()
    fib2 := fibFunc()
    
    // fib1和fib2是两个完全不同的fib序列,它们不会互相影响
    fmt.Println(fib1(), fib1(), fib1())
    fmt.Println(fib2(), fib2())

}

这会输出:

1 1 2
1 1

以后在遇到一些全局变量仅被少数函数使用的场景,就可以考虑是否使用闭包会更好。

闭包陷阱

闭包的使用存在一些陷阱,导致它的输出和我们想象的可能不大一样,在开发过程中一定要特别小心。

引用陷阱

千万注意闭包是一个引用,引用了外部变量,而不是拷贝。这意味着外部域对变量的改变会影响内部:

package main

import "fmt"

func fun() func() {
    num := 10
    fun := func() {
        fmt.Println("num =", num)
    }
    num = 20
    num = 30
    return fun
}

func main() {
    fun := fun()
    fun()
}

这段代码输出num = 30,因为外部对num的赋值影响了内部域,不管赋值出现在了哪里。

当然,如果在声明变量函数之后马上调用,情况就不一样了:

package main

import "fmt"

func fun() func() {
    num := 10
    fun := func() {
        fmt.Println("num =", num)
    }
    fun()    // 这里调用了第一次
    num = 20
    num = 30
    return fun
}

func main() {
    fun := fun()
    fun()   // 这里调用第二次
}

第一次输出num = 10。第二次仍然是num = 30。因为第一次调用的时候直接使用了num,这时候num还没有被赋值,仍然是10。

我们可以通过打印地址的方式来证明闭包变量是引用:

package main

import "fmt"

func fun() func() {
    num := 10
    fmt.Println("num in fun:", &num)
    return func() {
        fmt.Println("num in closure:", &num)
    }
}

func main() {
    fun()()
}

在我的机器上输出:

num in fun: 0xc000094008
num in closure: 0xc000094008

在其它机器上结果可能不一样,但是地址是相同的,这就更加验证了闭包是引用。

迭代闭包陷阱

闭包有一个常见的错误,那就是迭代配合闭包的使用。我们来直接看代码:

package main

import "fmt"

func main() {

    funcs := make([]func(), 0)
    for i := 0; i < 5; i++ {
        funcs = append(funcs, func() {
            fmt.Println(i)
        })
    }

    for _, fun := range funcs {
        fun()
    }
}

运行这段代码,输出:

5
5
5
5
5

这是一个常见的错误,在第一个for循环中,i是一个迭代对象,它在整个循环代码块中都是同一个变量。而我们知道,闭包实际上是一个引用,它引用的是i,那么,funcs中所有的函数的i实际上都引用了一个变量。

而当闭包函数调用时,i的迭代已经结束,这时候闭包函数中对i的输出当然是迭代最后的那个i了,也就是5了。

要解决这个问题,只需要让闭包引用不引用迭代变量即可,在闭包前进行一次赋值即可:

package main

import "fmt"

func main() {

    funcs := make([]func(), 0)
    for i := 0; i < 5; i++ {
        ii := i   // 加了一行赋值
        funcs = append(funcs, func() {
            fmt.Println(ii)  // 不再对i进行引用,引用ii
        })
    }

    for _, fun := range funcs {
        fun()
    }
}

这样每个函数引用的变量就是不同的变量了,输出:

0
1
2
3
4

在遇到迭代+闭包这样的组合的时候,一定要特别特别注意这个问题,这里特别容易犯错。

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