Go中的匿名函数与闭包

关键词:

函数式编程  闭包  匿名函数  匿名函数特别适合作为函数或方法的回调
 
在Go中函数是一等公民，和string，int等一样。而在C、C++ 等不支持匿名函数的语言中，函数不能在运行期创建

go 学习笔记之仅仅需要一个示例就能讲清楚什么闭包

闭包 与 普通函数的区别

在(普通)函数里面定义一个内部函数(匿名函数)，并且这个内部函数(匿名函数)用到了外面(普通)函数的变量，那么将这个内部函数和用到的一些变量统称为闭包

• 在闭包中，既有函数，又有数据，而且(其内部定义的)数据是闭包里面独有的数据，与外界无影响；

• (普通)函数中，需要使用的全局变量，在一定程度上是受到限制的，因为全局变量不仅仅是一个函数使用，其他的函数也可能会使用到，一旦修改会影响到其他函数使用全局变量，所以全局变量不能随便修改从而在函数的使用中受到一定局限性

匿名函数和闭包的关系

简单来说匿名函数是指不需要定义函数名的一种函数实现方式。匿名函数是由一个不带函数名的函数声明和函数体组成。匿名函数的优越性在于可以直接使用函数内的变量，不必声明（一个子方法）所以（在某些场景下）被广泛使用

关于闭包的定义存在以下广泛流传的公式：闭包=函数+引用环境。函数指的是匿名函数，引用环境指的是编译器发现闭包，直接将闭包引用的外部变量在堆上分配空间；当闭包引用了函数的内部变量（即局部变量）时，每次调用的外部变量数据都会跟随闭包的变化而变化，闭包函数和外部变量是共享的。
显然，闭包只能通过匿名函数实现，可以把闭包看作是有状态的匿名函数，反过来，如果匿名函数引用了外部变量，就形成了一个闭包

Go 函数式编程篇（三）：匿名函数和闭包

一般来说，一个函数返回另外一个函数，这个被返回的函数可以引用外层函数的局部变量，这形成了一个闭包。在Go中，「闭包在实现上是一个结构体，它存储了一个函数（通常是其入口地址）和一个关联的上下文环境（相当于一个符号查找表）」

type closure struct {
   F uintptr   // 函数指针，代表着内部匿名函数
   x *int      // 自由变量x，代表着对外部环境的引用
}

Go函数闭包底层实现

func(){
    print(123)
    }()

一道 Go 闭包题，面试官说原来自己答错了：面别人也涨知识

一些例子

无参数也无返回值的匿名函数

package main

import (
 "fmt"
)

func main() {

 f := func() {
  fmt.Println("不加括号就只是定义，赋值给f，可通过f()来调用")
 }

 f()
 fmt.Printf("变量f的类型为: %T\n", f) // func()

 
 
 
 // 下面这种方式定义，只在此调用一次，不如上面的方式，可以随时复用
 fmt.Println("--------------")
 func() {
  fmt.Println("而加上最后加上()就是直接调用(这种方式只能在此调用一次，没法复用了)")
 }()

}

输出:

不加括号就只是定义，赋值给f，可通过f()来调用
变量f的类型为: func()
--------------
而加上最后加上()就是直接调用(这种方式只能在此调用一次，没法复用了)

带参数的匿名函数

package main

import (
 "fmt"
)

func main() {

 i := 0
 // 后面有()，一次执行
 func(i int) {
  fmt.Println(i + 1)
 }(i)

 i = -100000

 
 
 // 赋值给add,可通过add()方式多次调用
 add := func(k int) {
  fmt.Println(k + 6)
 }
 add(200)

}

输出:

1
206

配合defer，可以使问题非常复杂。也是高阶面试常问的~

变形1：

package main

import (
 "fmt"
)

func main() {

 i := 0
 // 后面有()，一次执行
 defer func(i int) {
  fmt.Println(i + 1)
 }(i)

 i = -100000

 // 赋值给add,可通过add()方式多次调用
 add := func(k int) {
  fmt.Println(k + 6)
 }
 add(200)

}

输出:

206
1

目前还好理解，defer在return时执行(确切地说，是在return和计算return值的中间执行)

变形2：

package main

import (
 "fmt"
)

func main() {

 i := 0
 // 后面有()，一次执行
 defer func(k int) {
  fmt.Println(i + 1)
 }(i)

 i = -100000

 // 赋值给add,可通过add()方式多次调用
 add := func(k int) {
  fmt.Println(k + 6)
 }
 add(200)

}

输出:

206
-99999

如果有人说Go简单，可以请其解释一下这个输出..

有返回值的匿名函数

package main

import "fmt"

func main() {

 name := "张三"

 say := func(name string) string {
  return "hello " + name
 }

 res := say(name)

 fmt.Println(res) //hello 张三
}

当返回值是匿名函数

package main

import "fmt"

func main() {

 a := Fun()

 b := a("hello ")
 c := a("hello ")

 d := Fun()
 e := d("hello ")
 f := d("hello ")
 fmt.Println(b) //world+hello
 fmt.Println(c) //world+hello hello
 fmt.Println(e) //world+hello
 fmt.Println(f) //world+hello hello
}
func Fun() func(string) string {
 rs := "world+"
 return func(args string) string {
  rs += args
  return rs
 }
}

等同于

package main

import "fmt"

func main() {

 cui := func() func(string) string {
  rs := "world+"
  return func(args string) string {
   rs += args
   return rs
  }
 }

 a := cui()
 b := a("hello ")
 c := a("hello ")

 d := cui()
 e := d("hello ")
 f := d("hello ")
 fmt.Println(b) //world+hello
 fmt.Println(c) //world+hello hello
 fmt.Println(e) //world+hello
 fmt.Println(f) //world+hello hello
}

参考自 GO 匿名函数和闭包^[1]

当参数是匿名函数

参考下方[回调函数：闭包可以用作回调函数(例如在异步编程中，可以捕获外部函数的上下文) && 高阶函数：闭包可以用作高阶函数的参数，并在调用时返回新的函数？（将匿名函数作为函数参数；可以让该函数执行多种不同逻辑）]( "回调函数：闭包可以用作回调函数(例如在异步编程中，可以捕获外部函数的上下文) && 高阶函数：闭包可以用作高阶函数的参数，并在调用时返回新的函数？（将匿名函数作为函数参数；可以让该函数执行多种不同逻辑）")

多个匿名函数

package main

import "fmt"

func main() {
 f1, f2 := F(1, 2)
 fmt.Println(f1(4)) //6
 fmt.Println(f2())  //6
}
func F(x, y int) (func(int) int, func() int) {

 f1 := func(z int) int {
  return (x + y) * z / 2
 }

 f2 := func() int {
  return 2 * (x + y)
 }
 return f1, f2
}

常见使用场景

私有数据：闭包可以捕获函数内部的数据，并且对外部不可见。这是一种创建私有数据的方法（保证局部变量的安全性）

package main

import "fmt"

func main() {

 var j int = 1

 f := func() {
  var i int = 1 // i 在闭包内部定义，其值被隔离，不能从外部修改
  fmt.Printf("i, j: %d, %d\n", i, j)
 }

 f()
 j += 2
 f() // 对比下面的输出，可见并不是调用时刻的值，而只是记录变量的引用

 defer f()
 j += 10000
}

输出:

i, j: 1, 1
i, j: 1, 3
i, j: 1, 10003

package main

import (
 "fmt"
)

func main() {
 accumulator := SomeFunc() //使用accumulator变量接收一个闭包

 // 累加计数并打印
 fmt.Println("The first call CallNum is ", accumulator()) //运行结果为：The first call CallNum is 1
 // 累加计数并打印
 fmt.Println("The second call CallNum is ", accumulator()) //运行结果为：The second call CallNum is 2
}

func SomeFunc() func() int { // 创建一个函数，返回一个闭包，闭包每次调用函数会对函数内部变量进行累加
 var CallNum = 0 //函数调用次数，系函数内部变量，外部无法访问，仅当函数被调用时进行累加

 return func() int { // 返回一个闭包
  CallNum++ //对value进行累加
  //实现函数具体逻辑
  return CallNum // 返回内部变量value的值
 }
}

输出:

The first call CallNum is  1
The second call CallNum is  2

通过闭包既没有暴露CallNum这个变量，又实现了为函数计数的目的

回调函数：闭包可以用作回调函数(例如在异步编程中，可以捕获外部函数的上下文) && 高阶函数：闭包可以用作高阶函数的参数，并在调用时返回新的函数？（将匿名函数作为函数参数；可以让该函数执行多种不同逻辑）

Go基础系列：函数(2)——回调函数和闭包 ^[2]

参考自 【Go基础】搞懂函数回调和闭包^[3]

回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。如果你把函数的指针（地址）作为参数传递给另一个函数，当这个指针被用来调用其所指向的函数时，就说这是回调函数。回调函数不是由该函数的实现方直接调用，而是在特定的事件或条件发生时由另外一方调用的，用于对该事件或条件进行响应。
日常开发中，可以将函数B作为另一个函数A的参数，可以使得函数A的通用性更强（可随意定义函数B，只要满足规则，函数A都可以去处理），这比较适合于回调函数。

下面看几个简单的例子来理解回调：

package main

import "fmt"

type Callback func(x, y int) int

// 提供一个接口，让外部去实现
func test1(x, y int, callback Callback) int {
 return callback(x, y)
}

// 回调函数的具体实现
func calculationXOR(x, y int) int {
 return x ^ y
}
func calculationAND(x, y int) int {
 return x & y
}

// 回调函数的具体实现
func main() {
 fmt.Println(test1(2, 3, calculationXOR)) //这样调用test1就能实现异或 以及 与的运算
 fmt.Println(test1(2, 3, calculationAND))
}

1
2

再看个简单例子：将字符串转为Int，转换失败时执行回调函数，输出错误信息

package main

import (
 "fmt"
 "strconv"
)

type Callback func(msg string)

// 将字符串转换为int64，如果转换失败调用Callback
func stringToInt(s string, callback Callback) int64 {
 if value, err := strconv.ParseInt(s, 0, 0); err != nil {
  callback(err.Error())
  return 0
 } else {
  return value
 }
}

// 记录日志消息的具体实现
func errLog(msg string) {
 fmt.Println("Convert error(转换发生了错误!): ", msg)
}

func main() {
 fmt.Println(stringToInt("18", errLog))
 fmt.Println(stringToInt("hh", errLog))
}

输出:

18
Convert error(转换发生了错误!):  strconv.ParseInt: parsing "hh": invalid syntax

下面这个例子和第一个类似:

package main

import "fmt"

func main() {

 // 普通的加法操作
 add1 := func(a, b int) int {
  return a + b
 }

 // 定义另一种加法规则（即  加数*10+第二个加数）
 base := 10
 add2 := func(a, b int) int {
  return a*base + b
 }

 handleAdd(1, 2, add1)
 handleAdd(1, 2, add2)
}

// 将匿名函数作为参数
func handleAdd(a, b int, call func(int, int) int) {
 fmt.Println(call(a, b))
}

输出:

3
12

这样就可以通过一个函数执行多种不同加法实现算法，提升代码的复用性

可以基于这个功能特性实现一些更复杂的业务逻辑，如 Go 官方 net/http 包底层的路由处理器^[4]也是这么实现的：

// HandleFunc registers the handler function for the given pattern
// in the DefaultServeMux.
// The documentation for ServeMux explains how patterns are matched.
func HandleFunc(pattern string, handler func(ResponseWriter, *Request)) {
 DefaultServeMux.HandleFunc(pattern, handler)
}

Go源码中还有非常多的将func作为参数的高阶函数，参数的func即回调函数，更多可参考

可通过关键字func(检索

延迟计算：闭包可以延迟计算，直到闭包被调用时才执行计算(将匿名函数作为函数返回值)

package main

import "fmt"

// 将函数作为返回值
func deferAdd(a, b int) func() int {
 return func() int {
  return a + b
 }
}

func main() {

 // 此时返回的是匿名函数
 addFunc := deferAdd(1, 2)

 // 这里才会真正执行加法操作
 fmt.Println(addFunc()) // 3

}

Go函数闭包底层实现

易错问题

循环里打印出的都是最后一个值

case1

package main

import "fmt"

func main() {

 // 此时a是F()的返回值，即一个[]func()
 //a := F()
 a := func() []func() {
  b := make([]func(), 3, 3)
  for i := 0; i < 3; i++ {
   b[i] = func() {
    fmt.Println(&i, i)
   }
  }
  return b
 }()

 a[0]( "0") //0x140000200c8 3
 a[1]( "1") //0x140000200c8 3
 a[2]( "2") //0x140000200c8 3
}

//func F() []func() {
// b := make([]func(), 3, 3)
// for i := 0; i < 3; i++ {
//  b[i] = func() {
//   fmt.Println(&i, i)
//  }
// }
// return b
//}

解决办法:

每次复制变量 i 然后传到匿名函数中，让闭包的环境变量不相同。

package main

import "fmt"

func main() {
 a := F()
 a[0]( "0") //0x14000128008 0
 a[1]( "1") //0x14000128010 1
 a[2]( "2") //0x14000128018 2
}
func F() []func() {
 b := make([]func(), 3, 3)
 for i := 0; i < 3; i++ {
  b[i] = (func(j int) func() {
   return func() {
    fmt.Println(&j, j)
   }
  })(i)
 }
 return b
}

//或者
//package main
//
//import "fmt"
//
//func main() {
// a := F()
// a[0]( "0") //0xc00004c080 0
// a[1]( "1") //0xc00004c088 1
// a[2]( "2") //0xc00004c090 2
//}
//func F() []func() {
// b := make([]func(), 3, 3)
// for i := 0; i < 3; i++ {
//  j := i
//  b[i] = func() {
//   fmt.Println(&j, j)
//  }
// }
// return b
//}

参考自 GO 匿名函数和闭包^[5]

package main

import "fmt"

func main() {
 // 保存函数闭包
 var s []func()

 for _, v := range []string{"a", "b", "c", "d", "e"} {
  s = append(s, func() {
   // 捕获v, 保存在闭包中
   fmt.Printf("value: %v\n", v)
  })
 }

 for _, f := range s {
  f()
 }
}

输出:

value: e
value: e
value: e
value: e
value: e

闭包中捕获的v不是"值", 而是"有地址的变量"（如GoLang闭包，注意！这里有蹊跷 中图1所示），且创建闭包时，循环变量的值已经被确定，并与闭包关联。当闭包被调用时，它使用捕获的值，而不是当前值，解决的关键就在于重新声明变量，这样每个闭包都有自己的变量，能够正确地访问其所需的值

case2（for range+Goroutine 使用闭包不当）

package main

import (
 "fmt"
 "time"
)

func main() {
 tests1ice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
 for _, v := range tests1ice {

  go func() {
   fmt.Println(v)
  }()
 }
 time.Sleep(2 * time.Second)
}

5
5
5
5
5

由于没有在Goroutine中对切片执行写操作，所以首先排除了内存屏障的问题，最终还是通过反编译查看汇编代码，发现Goroutine打印的变量v，其实是地址引用，Goroutine执行的时候变量v所在地址所对应的值已经发生了变化，汇编代码如下：

for _, v := range tests1ice {
  499224:       48 8d 05 f5 af 00 00    lea    0xaff5(%rip),%rax        # 4a4220 <type.*+0xa220>
  49922b:       48 89 04 24             mov    %rax,(%rsp)
  49922f:       e8 8c 3a f7 ff          callq  40ccc0 <runtime.newobject>
  499234:       48 8b 44 24 08          mov    0x8(%rsp),%rax
  499239:       48 89 44 24 48          mov    %rax,0x48(%rsp)
  49923e:       31 c9                   xor    %ecx,%ecx
  499240:       eb 3e                   jmp    499280 <main.main+0xc0>
  499242:       48 89 4c 24 18          mov    %rcx,0x18(%rsp)
  499247:       48 8b 54 cc 20          mov    0x20(%rsp,%rcx,8),%rdx
  49924c:       48 89 10                mov    %rdx,(%rax)
                go func() {
  49924f:       c7 04 24 08 00 00 00    movl   $0x8,(%rsp)
  499256:       48 8d 15 f3 b7 02 00    lea    0x2b7f3(%rip),%rdx        # 4c4a50 <go.func.*+0x6c>
  49925d:       48 89 54 24 08          mov    %rdx,0x8(%rsp)
  499262:       48 89 44 24 10          mov    %rax,0x10(%rsp)
  499267:       e8 54 3a fa ff          callq  43ccc0 <runtime.newproc>

解决方案一：在参数方式向匿名函数传递值引用

package main

import (
  "fmt"
  "time"
)

func main() {
  tests1ice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
  for _, v := range tests1ice {
   w := v
   go func(w int) {
    fmt.Println(w)
   }(w)
  }
  time.Sleep(time.Second)
}

2
4
5
1
3

解决方案二：在调用gorouinte前将变量进行值拷贝

package main

import (
 "fmt"
 "time"
)

func main() {
 tests1ice := []int{1, 2, 3, 4, 5}
 for _, v := range tests1ice {
  w := v
  go func() {
   fmt.Println(w)
  }()
 }
 time.Sleep(time.Second)
}

1
3
2
5
4

Go的闭包看你犯错，Rust却默默帮你排坑

另外的例子:

package main

import (
 "fmt"
 "time"
)

func main() {
 s := []int{1, 2, 3}
 for _, v := range s {
  go func() {
   fmt.Println(v) // 输出结果3 3 3
  }()
 }

 time.Sleep(1e9)
}

无法得到预期结果1，2，3的原因是在没有将变量 v 的拷贝值传进匿名函数之前，只能获取最后一次循环的值,是新手最容易遇到的坑之一。有效规避方式为每次将变量v的拷贝传进函数：

package main

import (
 "fmt"
 "time"
)

func main() {

 s := []int{1, 2, 3}
 for _, v := range s {
  go func(v int) {
   fmt.Println(v) // 输出结果1，2，3或 1，3，2 或其他顺序
  }(v)
 }

 time.Sleep(1e9)
}

搭配defer使用：往defer里传入一个闭包，虽然是值传递，但是拷贝的是函数指针，可以解决一些使用defer会立刻拷贝函数中引用的外部参数引起的时机问题。

package main

import "fmt"

func main() {
 x, y := 1, 2

 defer func(a int) {
  fmt.Printf("x:%d,y:%d\n", a, y) // y 为闭包引用，最终结果为x：1，y：102
 }(x) // 复制 x 的值

 x += 100
 y += 100
}

无法得到期待的结果x：1，y：2的原因是：defer 调用会在当前函数执行结束前才被执行，这些调用被称为延迟调用，而defer 中使用匿名函数是一个闭包，y为闭包引用的外部变量会跟着闭包环境变化，当延迟调用时y已经变成102，所以最终输出的y也不再是2了。

有效规避方式只需要去掉defer即可

参考资料