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一道 Go 閉包題，面試官說原來自己答錯了：面別人也漲知識

作者：站長polaris
開發 后端
通常，JS 面試，閉包應該是必考的題目。隨著越來越多的語言對函數式范式的支持，閉包問題經常出現。在 Go 語言中也是如此。

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大家好，我是站長 polarisxu。

通常，JS 面試，閉包應該是必考的題目。隨著越來越多的語言對函數式范式的支持，閉包問題經常出現。在 Go 語言中也是如此。

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

  1. package main 
  2.  
  3. import "fmt" 
  4.  
  5. func app() func(string) string { 
  6.  t := "Hi" 
  7.  c := func(b string) string { 
  8.   t = t + " " + b 
  9.   return t 
  10.  } 
  11.  return c 
  12. } 
  13.  
  14. func main() { 
  15.  a := app() 
  16.  b := app() 
  17.  a("go") 
  18.  fmt.Println(b("All")) 
  19. } 

這道題目答對的人蠻多的：60%。不管你是答對還是答錯，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

維基百科對閉包的定義：

在計算機科學中，閉包(英語：Closure)，又稱詞法閉包(Lexical Closure)或函數閉包(function closures)，是在支持頭等函數的編程語言中實現詞法綁定的一種技術。閉包在實現上是一個結構體，它存儲了一個函數(通常是其入口地址)和一個關聯的環境(相當于一個符號查找表)。環境里是若干對符號和值的對應關系，它既要包括約束變量(該函數內部綁定的符號)，也要包括自由變量(在函數外部定義但在函數內被引用)，有些函數也可能沒有自由變量。閉包跟函數最大的不同在于，當捕捉閉包的時候，它的自由變量會在捕捉時被確定，這樣即便脫離了捕捉時的上下文，它也能照常運行。捕捉時對于值的處理可以是值拷貝，也可以是名稱引用，這通常由語言設計者決定，也可能由用戶自行指定(如 C++)。

關于(函數)閉包，有幾個關鍵點：

  • 函數是一等公民;
  • 閉包所處環境，可以引用環境里的值;

問到什么是閉包時，網上一般這么回答的：

在支持函數是一等公民的語言中，一個函數的返回值是另一個函數，被返回的函數可以訪問父函數內的變量，當這個被返回的函數在外部執行時，就產生了閉包。

所以，上面題目中，函數 app 的返回值是另一個函數，因此產生了閉包。

02 Go 中的閉包

Go 中的函數是一等公民，之前寫過一篇文章：函數是一等公民，這到底在說什么?

日常開發中，閉包是很常見的。舉幾個例子。

標準庫

在 net/http 包中的函數 ProxyURL，實現如下：

  1. // ProxyURL returns a proxy function (for use in a Transport) 
  2. // that always returns the same URL. 
  3. func ProxyURL(fixedURL *url.URL) func(*Request) (*url.URL, error) { 
  4.  return func(*Request) (*url.URL, error) { 
  5.   return fixedURL, nil 
  6.  } 
  7. } 

它的返回值是另一個函數，簽名是：

  1. func(*Request) (*url.URL, error) 

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

Web 中間件

在 Web 開發中，中間件一般都會使用閉包。比如 Echo 框架中的一個中間件：

  1. // BasicAuthWithConfig returns an BasicAuth middleware with config. 
  2. // See `BasicAuth()`. 
  3. func BasicAuthWithConfig(config BasicAuthConfig) echo.MiddlewareFunc { 
  4.  // Defaults 
  5.  if config.Validator == nil { 
  6.   panic("echo: basic-auth middleware requires a validator function") 
  7.  } 
  8.   ... 
  9.  return func(next echo.HandlerFunc) echo.HandlerFunc { 
  10.   return func(c echo.Context) error { 
  11.    /// 省略很多代碼 
  12.       ... 
  13.   } 
  14.  } 
  15. } 

首先，echo.MiddlewareFunc 是一個函數：

  1. type MiddlewareFunc func(HandlerFunc) HandlerFunc 

而 echo.HandlerFunc 也是一個函數：

  1. type HandlerFunc func(Context) error 

所以，上面的函數嵌套了幾層，是典型的閉包。

這是閉包嗎?

在 Go 中不支持函數嵌套定義，函數內嵌套函數，必須通過匿名函數的形式。匿名函數在 Go 中是很常見的，比如開啟一個 goroutine，通常通過匿名函數。

現在有一個問題，以下代碼是閉包嗎?

  1. package main 
  2.  
  3. import (   
  4.     "fmt" 
  5. ) 
  6.  
  7. func main() {   
  8.     a := 5 
  9.     func() { 
  10.         fmt.Println("a =", a) 
  11.     }() 
  12. } 

如果按照上面網上一般的回答，這不是閉包，因為并沒有返回函數。但按照維基百科的定義，這個屬于閉包。有沒有其他證據呢?

在 Go 語言規范中，關于函數字面值(匿名函數)有這么一句話：

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，函數字面值(匿名函數)是閉包，它們可以引用外層函數定義的變量。

此外，在官方 FAQ 中有這樣的說明：

What happens with closures running as goroutines?

例子是：

  1. func main() { 
  2.     done := make(chan bool) 
  3.  
  4.     values := []string{"a", "b", "c"} 
  5.     for _, v := range values { 
  6.         go func() { 
  7.             fmt.Println(v) 
  8.             done <- true 
  9.         }() 
  10.     } 
  11.  
  12.     // wait for all goroutines to complete before exiting 
  13.     for _ = range values { 
  14.         <-done 
  15.     } 
  16. } 

這是 Go 中很常見的代碼(很容易寫錯的)，FAQ 稱開啟 goroutine 的那個匿名函數是一個閉包。

03 匯編看看實現

回到開始的題目，我們通過匯編看看，Go 閉包的實現，是不是按照維基百科說的，「閉包在實現上是一個結構體，它存儲了一個函數(通常是其入口地址)和一個關聯的環境(相當于一個符號查找表)」。

  1. $ go tool compile -S main.go 

看關鍵代碼：

  1. 0x0000 00000 (main.go:5) TEXT "".app(SB), ABIInternal, $24-8 
  2. 0x0000 00000 (main.go:5) MOVQ (TLS), CX 
  3. 0x0009 00009 (main.go:5) CMPQ SP, 16(CX) 
  4. 0x000d 00013 (main.go:5) PCDATA $0, $-2 
  5. 0x000d 00013 (main.go:5) JLS 96 
  6. 0x000f 00015 (main.go:5) PCDATA $0, $-1 
  7. 0x000f 00015 (main.go:5) SUBQ $24, SP 
  8. 0x0013 00019 (main.go:5) MOVQ BP, 16(SP) 
  9. 0x0018 00024 (main.go:5) LEAQ 16(SP), BP 
  10. 0x001d 00029 (main.go:5) FUNCDATA $0, gclocals·2a5305abe05176240e61b8620e19a815(SB) 
  11. 0x001d 00029 (main.go:5) FUNCDATA $1, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB) 
  12. 0x001d 00029 (main.go:7) LEAQ type.noalg.struct { F uintptr; "".t string }(SB), AX 
  13. 0x0024 00036 (main.go:7) MOVQ AX, (SP) 
  14. 0x0028 00040 (main.go:7) PCDATA $1, $0 
  15. 0x0028 00040 (main.go:7) CALL runtime.newobject(SB) 
  16. 0x002d 00045 (main.go:7) MOVQ 8(SP), AX 
  17. 0x0032 00050 (main.go:7) LEAQ "".app.func1(SB), CX 
  18. 0x0039 00057 (main.go:7) MOVQ CX, (AX) 
  19. 0x003c 00060 (main.go:7) MOVQ $2, 16(AX) 
  20. 0x0044 00068 (main.go:7) LEAQ go.string."Hi"(SB), CX 
  21. 0x004b 00075 (main.go:7) MOVQ CX, 8(AX) 
  22. 0x004f 00079 (main.go:10) MOVQ AX, "".~r0+32(SP) 
  23. 0x0054 00084 (main.go:10) MOVQ 16(SP), BP 
  24. 0x0059 00089 (main.go:10) ADDQ $24, SP 
  25. 0x005d 00093 (main.go:10) RET 
  26. 0x005e 00094 (main.go:10) NOP 

其中 LEAQ type.noalg.struct { F uintptr; "".t string }(SB), AX 這行表明 Go 對閉包的實現和維基百科說的類似。

現在看看下面這種是不是這么實現的：

  1. package main 
  2.  
  3. import (   
  4.     "fmt" 
  5. ) 
  6.  
  7. func main() {   
  8.     a := 5 
  9.     func() { 
  10.         fmt.Println("a =", a) 
  11.     }() 
  12. } 

看看匯編

  1. $ go tool compile -S test.go 
  2. "".main.func1 STEXT size=215 args=0x8 locals=0x50 funcid=0x0 
  3.   0x0000 00000 (test.go:9) TEXT "".main.func1(SB), ABIInternal, $80-8 
  4.   0x0000 00000 (test.go:9) MOVQ (TLS), CX 
  5.   0x0009 00009 (test.go:9) CMPQ SP, 16(CX) 
  6.   0x000d 00013 (test.go:9) PCDATA $0, $-2 
  7.   0x000d 00013 (test.go:9) JLS 205 
  8.   0x0013 00019 (test.go:9) PCDATA $0, $-1 
  9.   0x0013 00019 (test.go:9) SUBQ $80, SP 
  10.   0x0017 00023 (test.go:9) MOVQ BP, 72(SP) 
  11.   0x001c 00028 (test.go:9) LEAQ 72(SP), BP 
  12.   0x0021 00033 (test.go:9) FUNCDATA $0, gclocals·69c1753bd5f81501d95132d08af04464(SB) 
  13.   0x0021 00033 (test.go:9) FUNCDATA $1, gclocals·9fb7f0986f647f17cb53dda1484e0f7a(SB) 
  14.   0x0021 00033 (test.go:10) MOVQ "".a+88(SP), AX 
  15.   0x0026 00038 (test.go:10) MOVQ AX, (SP) 
  16.   0x002a 00042 (test.go:10) PCDATA $1, $0 
  17.   0x002a 00042 (test.go:10) CALL runtime.convT64(SB) 
  18.   0x002f 00047 (test.go:10) MOVQ 8(SP), AX 
  19.   0x0034 00052 (test.go:10) MOVQ AX, ""..autotmp_21+64(SP) 
  20.   0x0039 00057 (test.go:10) LEAQ type.[2]interface {}(SB), CX 
  21.   0x0040 00064 (test.go:10) MOVQ CX, (SP) 
  22.   0x0044 00068 (test.go:10) PCDATA $1, $1 
  23.   0x0044 00068 (test.go:10) CALL runtime.newobject(SB) 
  24.   0x0049 00073 (test.go:10) MOVQ 8(SP), AX 
  25.   0x004e 00078 (test.go:10) LEAQ type.string(SB), CX 
  26.   0x0055 00085 (test.go:10) MOVQ CX, (AX) 
  27.   0x0058 00088 (test.go:10) LEAQ ""..stmp_1(SB), CX 
  28.   0x005f 00095 (test.go:10) MOVQ CX, 8(AX) 
  29.   0x0063 00099 (test.go:10) LEAQ type.int(SB), CX 
  30.   0x006a 00106 (test.go:10) MOVQ CX, 16(AX) 
  31.   0x006e 00110 (test.go:10) PCDATA $0, $-2 
  32.   0x006e 00110 (test.go:10) CMPL runtime.writeBarrier(SB), $0 
  33.   0x0075 00117 (test.go:10) JNE 189 
  34.   0x0077 00119 (test.go:10) MOVQ ""..autotmp_21+64(SP), CX 
  35.   0x007c 00124 (test.go:10) MOVQ CX, 24(AX) 
  36.   0x0080 00128 (test.go:10) PCDATA $0, $-1 
  37.   0x0080 00128 (test.go:10) PCDATA $1, $-1 

發現并沒有這樣的結構體，可見 Go 對這種情況做了特殊處理，因為它不是重復使用的匿名函數。

04 總結

通過以上的講解，對閉包應該有了更清晰的認識。如果面試中再被問到閉包，你可以這么回答：

對閉包來說，函數在該語言中得是一等公民。一般來說，一個函數返回另外一個函數，這個被返回的函數可以引用外層函數的局部變量，這形成了一個閉包。通常，閉包通過一個結構體來實現，它存儲一個函數和一個關聯的上下文環境。但 Go 語言中，匿名函數就是一個閉包，它可以直接引用外部函數的局部變量，因為 Go 規范和 FAQ 都這么說了。

面試官會不會被你驚到：原來如此，后一種說法我之前沒有注意過。

本文轉載自微信公眾號「polarisxu」，可以通過以下二維碼關注。轉載本文請聯系polarisxu公眾號。

 

責任編輯：武曉燕 來源： polarisxu
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