.NET：C# 如何實現的閉包？

背景

C# 在編譯器層面為我們提供了閉包機制（Java7 和 Go 也是這種思路），本文簡單的做個解釋。

背景知識

你必須了解：引用類型、值類型、引用、對象、值類型的值（簡稱值）。

關於引用、對象和值在內存的分配有如下幾點規則：

• 對象分配在堆中。
• 作為字段的引用分配在堆中(內嵌在對象中)。
• 作為局部變量（參數也是局部變量）的引用分配在棧中。
• 作為字段的值分配在堆中(內嵌在對象中)。
• 作為局部變量（參數也是局部變量）的值用分配在棧中。
• 局部變量只能存活於所在的作用域（方法中的大括號確定了作用域的長短）。

注：按值傳遞和按引用傳遞也是需要掌握的知識點，C# 默認是按值傳遞的。

閉包示例

測試代碼

        private static void Before()
        {
            Action[] actions = new Action[10];

            for (var i = 0; i < actions.Length; i++)
            {
                actions[i] = () =>
                {
                    Console.WriteLine(i);
                };
            }

            foreach (var item in actions)
            {
                item();
            }
        }

輸出結果

編譯器幫我們做了是什么？

編譯器幫我們生成的代碼（我自己寫的，可以使用 Reflector 工具自己查看）

        private static void After()
        {
            Action[] actions = new Action[10];

            var anonymous = new AnonymousClass();

            for (anonymous.i = 0; anonymous.i < actions.Length; anonymous.i++)
            {
                actions[anonymous.i ] = anonymous.Action;
            }

            foreach (var item in actions)
            {
                item();
            }
        }

        class AnonymousClass
        {
            public int i;

            public void Action()
            {
                Console.WriteLine(this.i);
            }
        }

如何修復上面的問題？

上面的例子不是我們期望的輸出，讓我們給出兩種修改方案：

第一種（借鑒JS）

        private static void Fix()
        {
            Action[] actions = new Action[10];

            for (var i = 0; i < actions.Length; i++)
            {
                new Action<int>((j) =>
                {
                    actions[i] = () =>
                    {
                        Console.WriteLine(j);
                    };
                })(i);
            }

            foreach (var item in actions)
            {
                item();
            }
        }

第二種

        public static void Fix2()
        {
            Action[] actions = new Action[10];

            for (var i = 0; i < actions.Length; i++)
            {
                var j = i;
                
                actions[i] = () =>
                {
                    Console.WriteLine(j);
                };
            }

            foreach (var item in actions)
            {
                item();
            }
        }

分析

編譯器將閉包引用的局部變量轉換為匿名類型的字段，導致了局部變量分配在堆中。

備注

C# 編譯器幫我們做了非常多的工作，如：自動屬性、類型推斷、匿名類型、匿名委托、Lamda 表達式、析構方法、await 和 sync、using、對象初始化表達式、lock、默認參數 等等，這些統稱為“語法糖”。