C#中的閉包和意想不到的坑

雖然閉包主要是函數式編程的玩意兒，而C#的最主要特徵是面向對象，但是利用委託或lambda表達式，C#也可以寫出具有函數式編程風味的代碼。同樣的，使用委託或者lambda表達式，也可以在C#中使用閉包。

根據WIKI的定義，閉包又稱語法閉包或函數閉包，是在函數式編程語言中實現語法綁定的一種技術。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（相當於一個符號查找表）。閉包也可以延遲變量的生存周期。

嗯。。看定義好像有點迷糊，讓我們看看下面的例子吧

    class Program
     {
         static Action CreateGreeting(string message)
         {
             return () => { Console.WriteLine("Hello " + message); };
         }
 
         static void Main()
         {
             Action action = CreateGreeting("DeathArthas");
             action();
         }
     }

這個例子非常簡單，用lambda表達式創建一個Action對象，之後再調用這個Action對象。
但是仔細觀察會發現，當Action對象被調用的時候，CreateGreeting方法已經返回了，作為它的實參的message應該已經被銷毀了，那麼為什麼我們在調用Action對象的時候，還是能夠得到正確的結果呢？

原來奧秘就在於，這裏形成了閉包。雖然CreateGreeting已經返回了，但是它的局部變量被返回的lambda表達式所捕獲，延遲了其生命周期。怎麼樣，這樣再回頭看閉包定義，是不是更清楚了一些？

閉包就是這麼簡單，其實我們經常都在使用，只是有時候我們都不自知而已。比如大家肯定都寫過類似下面的代碼。

void AddControlClickLogger(Control control, string message)
 {
 	control.Click += delegate
 	{
 		Console.WriteLine("Control clicked: {0}", message);
 	}
 }

這裏的代碼其實就用了閉包，因為我們可以肯定，在control被點擊的時候，這個message早就超過了它的聲明周期。合理使用閉包，可以確保我們寫出在空間和時間上面解耦的委託。

不過在使用閉包的時候，要注意一個陷阱。因為閉包會延遲局部變量的生命周期，在某些情況下程序產生的結果會和預想的不一樣。讓我們看看下面的例子。

    class Program
     {
 	static List<Action> CreateActions()
         {
             var result = new List<Action>();
             for(int i = 0; i < 5; i++)
             {
                 result.Add(() => Console.WriteLine(i));
             }
             return result;
         }
 
         static void Main()
         {
             var actions = CreateActions();
             for(int i = 0;i<actions.Count;i++)
             {
                 actions[i]();
             }
         }
     }

這個例子也非常簡單，創建一個Action鏈表並依次執行它們。看看結果

相信很多人看到這個結果的表情是這樣的！！難道不應該是0，1，2，3，4嗎？出了什麼問題？

刨根問底，這兒的問題還是出現在閉包的本質上面，作為"閉包延遲了變量的生命周期"這個硬幣的另外一面，是一個變量可能在不經意間被多個閉包所引用。

在這個例子裏面，局部變量i同時被5個閉包引用，這5個閉包共享i，所以最後他們打印出來的值是一樣的，都是i最後退出循環時候的值5。

要想解決這個問題也很簡單，多聲明一個局部變量，讓各個閉包引用自己的局部變量就可以了。

	//其他都保持與之前一致
         static List<Action> CreateActions()
         {
             var result = new List<Action>();
             for (int i = 0; i < 5; i++)
             {
                 int temp = i; //添加局部變量
                 result.Add(() => Console.WriteLine(temp));
             }
             return result;
         }

這樣各個閉包引用不同的局部變量，剛剛的問題就解決了。

除此之外，還有一個修復的方法，在創建閉包的時候，使用foreach而不是for。至少在C# 7.0 的版本上面，這個問題已經被注意到了，使用foreach的時候編譯器會自動生成代碼繞過這個閉包陷阱。

	//這樣fix也是可以的
         static List<Action> CreateActions()
         {
             var result = new List<Action>();
             foreach (var i in Enumerable.Range(0,5))
             {
                 result.Add(() => Console.WriteLine(i));
             }
             return result;
         }

這就是在閉包在C#中的使用和其使用中的一個小陷阱，希望大家能通過老胡的文章了解到這個知識點並且在開發中少走彎路！

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