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闭包的知识

news 2024/11/13 12:11:44

1. 什么是闭包

在 Go 语言中，闭包（closure）是指一个函数与其外部环境变量的绑定，可以在函数外部依然访问并使用该函数的变量。闭包能够捕获并“记住”定义它时的环境，因此函数内部的变量即使在函数执行结束后依然可以被访问和操作。

闭包的基本特性

闭包是一种特殊的匿名函数，它会“捕获”或“引用”外部的变量环境，包含在其作用范围内的局部变量即使在函数返回后依然存在。在 Go 中，函数可以作为一种特殊的类型，因此可以返回函数作为闭包使用。

示例：闭包的基本使用

以下是一个简单的闭包示例，展示如何捕获并保持外部变量的状态。

package mainimport "fmt"// 生成闭包函数的工厂函数
func incrementer() func() int {// 局部变量 x，将在闭包中使用x := 0// 返回一个闭包函数return func() int {x++ // 每次调用时增加 x 的值return x}
}func main() {inc := incrementer() // 获取一个闭包函数fmt.Println(inc())   // 输出：1fmt.Println(inc())   // 输出：2fmt.Println(inc())   // 输出：3
}

解释

incrementer 函数返回一个匿名函数。这个匿名函数捕获了 x 变量的引用。
每次调用 inc()，闭包都会增加 x 的值并返回该值，即使 incrementer 函数已经返回，x 的值依然保存在闭包中。
这样，我们通过闭包可以“记住”之前的状态。

闭包的应用场景

闭包在 Go 中主要用于以下场景：
1.计数器：像上例那样累积或递增变量值。
2.工厂模式：通过闭包构造特定的函数。
3.数据封装：通过闭包将某些数据封装在闭包内，外部无法直接访问，只能通过闭包的方式进行操作。

示例：闭包与局部环境

闭包可以捕获多种类型的变量，包括指针和其他函数。来看一个更加复杂的例子：

package mainimport "fmt"func multiplier(factor int) func(int) int {return func(x int) int {return x * factor}
}func main() {double := multiplier(2)   // 创建一个“加倍”闭包triple := multiplier(3)   // 创建一个“三倍”闭包fmt.Println(double(5))    // 输出：10fmt.Println(triple(5))    // 输出：15
}

解释

multiplier 返回一个闭包函数，该闭包使用了 factor 变量。我们可以使用不同的 factor 来生成不同的闭包，比如 double（加倍）和 triple（三倍）。
闭包内的 factor 是在创建时被捕获并“锁定”的，因此 double 和 triple 都能记住它们创建时各自的倍数。

总结

闭包是带有环境变量引用的函数，可以保存和使用创建时的上下文数据。这种特性使得闭包在需要记住函数状态、创建自定义函数工厂、计数器等场景中非常有用。

2. 使用场景(1)

以下是分别展示闭包如何用于记住函数状态、创建自定义函数工厂、以及实现计数器的三个例子。

1. 记住函数状态

闭包可以记住函数执行时的状态，即使在函数执行结束后，这些状态依然存在。以下是一个例子，演示如何使用闭包在函数中保持状态。

示例：记住上次调用的值

package mainimport "fmt"// adder 返回一个闭包函数，每次调用会将传入的数值累加到之前的结果中
func adder() func(int) int {sum := 0 // 闭包中使用的外部变量return func(x int) int {sum += x // 记住并累积 sum 的状态return sum}
}func main() {add := adder()fmt.Println(add(10)) // 输出：10fmt.Println(add(20)) // 输出：30，累积了之前的状态fmt.Println(add(5))  // 输出：35，再次累积了之前的状态
}

解释

adder 函数返回一个闭包函数，该闭包使用了外部变量 sum。
每次调用 add 时，闭包会记住 sum 的当前状态并累加传入的值，因此它能累积所有调用传入的值。

2. 创建自定义函数工厂

闭包常用于创建不同配置的函数。我们可以在闭包中定义一部分行为，让函数调用者提供另一部分参数，从而实现定制化的功能。

示例：构建带倍数的乘法函数

package mainimport "fmt"// multiplier 函数返回一个闭包，用于将输入的数值按指定倍数进行乘法运算
func multiplier(factor int) func(int) int {return func(x int) int {return x * factor // 闭包使用了外部的 factor 参数}
}func main() {double := multiplier(2) // 创建一个乘以2的函数triple := multiplier(3) // 创建一个乘以3的函数fmt.Println(double(5)) // 输出：10fmt.Println(triple(5)) // 输出：15
}

解释

multiplier 是一个“工厂函数”，返回的闭包根据 factor 值创建不同的乘法函数。
double 和 triple 分别是倍数为 2 和 3 的函数，因此调用 double(5) 得到 10，调用 triple(5) 得到 15。

3. 计数器

闭包还可以用来实现简单的计数器，在每次调用时增加计数。

示例：简单计数器

package mainimport "fmt"// counter 返回一个闭包函数，该函数每次调用会将计数值增加1
func counter() func() int {count := 0 // 闭包中使用的外部计数变量return func() int {count++ // 增加计数值return count}
}func main() {count := counter() // 获取一个计数器闭包fmt.Println(count()) // 输出：1fmt.Println(count()) // 输出：2fmt.Println(count()) // 输出：3
}

解释

counter 函数返回一个闭包，该闭包捕获了 count 变量的引用。
每次调用 count() 时，闭包会递增 count 的值并返回递增后的结果，因此这个计数器会持续增长。
总结
记住函数状态：闭包能够保存并累积外部变量的状态。
创建自定义函数工厂：闭包可以根据不同的外部变量返回定制化的函数。
计数器：闭包能够保留并修改自身的计数状态，每次调用都会更新。

3. 使用场景(2)

1. 延迟执行（用于资源清理、错误处理等）

闭包可以配合 defer 实现延迟执行，确保函数退出时执行一些清理或恢复操作。特别是在需要恢复被修改的状态或解锁资源时，闭包可以带来很大的便利。

示例：确保资源被正确释放

package mainimport ("fmt""sync"
)func main() {var mu sync.Mutexmu.Lock() // 加锁资源// 使用 defer + 闭包来确保资源在函数结束时解锁defer func() {fmt.Println("Releasing lock...")mu.Unlock() // 延迟解锁}()fmt.Println("Performing operations with the lock...")// 此处可以执行一些操作，锁会在函数退出时自动解锁
}

解释

这里用闭包和 defer 延迟执行 mu.Unlock()，确保在函数退出时锁一定会被释放。
闭包捕获了外部变量 mu，实现了延迟执行和资源释放的效果。

2. 高阶函数（函数作为参数或返回值）

在 Go 中，可以将闭包作为参数传递给另一个函数，称为高阶函数。这在实现一些通用的处理逻辑时非常有用，比如排序、过滤或映射等操作。

示例：自定义筛选器函数

package mainimport "fmt"// filter 函数接收一个整数切片和一个闭包函数，用于过滤符合条件的元素
func filter(numbers []int, test func(int) bool) []int {var result []intfor _, num := range numbers {if test(num) { // 调用闭包判断条件result = append(result, num)}}return result
}func main() {numbers := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6}// 传递闭包函数来筛选出偶数evenNumbers := filter(numbers, func(n int) bool {return n%2 == 0})fmt.Println("Even numbers:", evenNumbers) // 输出：[2 4 6]
}

解释

filter 函数接收一个闭包函数 test，用于测试哪些数字应该被保留。
filter 实现了通用的筛选逻辑，调用时只需传入不同的闭包，即可筛选出符合条件的数字。

3. 回调函数

闭包非常适合作为回调函数使用，尤其是在异步操作完成后执行一些处理时，可以传递闭包来作为回调操作。

示例：模拟异步操作中的回调

package mainimport ("fmt""time"
)// performTask 模拟异步操作，并在完成后执行回调函数
func performTask(callback func(result string)) {time.Sleep(2 * time.Second) // 模拟一些延迟callback("Task completed")  // 完成后执行回调
}func main() {fmt.Println("Starting task...")// 将闭包作为回调传递performTask(func(result string) {fmt.Println("Callback received:", result)})fmt.Println("Task submitted")time.Sleep(3 * time.Second) // 等待异步任务完成
}

解释

performTask 模拟一个异步操作，接受一个回调闭包 callback。
在任务完成后，callback 闭包被调用，将结果传回主程序。闭包可以在不引入额外的函数的情况下传递处理逻辑。

4. 实现装饰器模式

装饰器模式是一种用于在不改变函数本身的前提下扩展其功能的设计模式。在 Go 中，可以通过闭包实现装饰器，为函数添加额外的功能。

示例：日志装饰器

package mainimport ("fmt""time"
)// logExecutionTime 是一个装饰器，用于测量函数执行时间
func logExecutionTime(fn func()) func() {return func() {start := time.Now()fn() // 执行被装饰的函数fmt.Printf("Execution time: %s\n", time.Since(start))}
}func main() {task := func() {time.Sleep(2 * time.Second) // 模拟耗时操作fmt.Println("Task completed")}// 使用装饰器为 task 函数增加执行时间日志loggedTask := logExecutionTime(task)loggedTask() // 调用装饰后的函数
}

解释

logExecutionTime 是一个装饰器，它返回一个闭包函数。在闭包中，执行原始函数 fn 并记录执行时间。
通过闭包，我们可以为任意函数添加日志记录等功能，而不需要更改函数本身。

5. 延迟求值

在某些情况下，可能希望延迟计算一个值直到真正需要它时，这可以通过闭包实现“懒计算”。

示例：懒加载（延迟计算）

package mainimport "fmt"// lazyValue 返回一个闭包，该闭包在首次调用时才计算值
func lazyValue(f func() int) func() int {var value intvar computed boolreturn func() int {if !computed {value = f()   // 第一次调用时计算值computed = true // 标记已计算}return value}
}func main() {// 延迟计算的函数lazy := lazyValue(func() int {fmt.Println("Computing value...")return 42})fmt.Println(lazy()) // 输出 "Computing value..."，然后输出 42fmt.Println(lazy()) // 再次调用时不再计算，直接输出 42
}