让人难以理解的“闭包”大哥

函数作为返回值

高阶函数除了可以接受函数作为参数外，还可以把函数作为结果值返回。

我们来实现一个对Array的求和。通常情况下，求和的函数是这样定义的：

function sum(arr) {
    return arr.reduce(function (x, y) {
        return x + y;
    });
}

sum([1, 2, 3, 4, 5]); // 15

 

但是，如果不需要立刻求和，而是在后面的代码中，根据需要再计算怎么办？可以不返回求和的结果，而是返回求和的函数！

function lazy_sum(arr) {
    var sum = function () {
        return arr.reduce(function (x, y) {
            return x + y;
        });
    }
    return sum;
}

 

当我们调用lazy_sum()时，返回的并不是求和结果，而是求和函数：

var f = lazy_sum([1, 2, 3, 4, 5]); // function sum()

 

调用函数f时，才真正计算求和的结果：

f(); // 15

 

在这个例子中，我们在函数lazy_sum中又定义了函数sum，并且，内部函数sum可以引用外部函数lazy_sum的参数和局部变量，当lazy_sum返回函数sum时，相关参数和变量都保存在返回的函数中，这种称为“闭包（Closure）”的程序结构拥有极大的威力。

请再注意一点，当我们调用lazy_sum()时，每次调用都会返回一个新的函数，即使传入相同的参数：

var f1 = lazy_sum([1, 2, 3, 4, 5]);
var f2 = lazy_sum([1, 2, 3, 4, 5]);
f1 === f2; // false

 

f1()和f2()的调用结果互不影响。

闭包

注意到返回的函数在其定义内部引用了局部变量arr，所以，当一个函数返回了一个函数后，其内部的局部变量还被新函数引用，所以，闭包用起来简单，实现起来可不容易。

另一个需要注意的问题是，返回的函数并没有立刻执行，而是直到调用了f()才执行。我们来看一个例子：

function count() {
    var arr = [];
    for (var i=1; i<=3; i++) {
        arr.push(function () {
            return i * i;
        });
    }
    return arr;
}

var results = count();
var f1 = results[0];
var f2 = results[1];
var f3 = results[2];

 

在上面的例子中，每次循环，都创建了一个新的函数，然后，把创建的3个函数都添加到一个Array中返回了。

你可能认为调用f1()，f2()和f3()结果应该是1，4，9，但实际结果是：

f1(); // 16
f2(); // 16
f3(); // 16

 

全部都是16！原因就在于返回的函数引用了变量i，但它并非立刻执行。等到3个函数都返回时，它们所引用的变量i已经变成了4，因此最终结果为16。

PS：闭包只是一个引用的过程，除非是函数参数，不然它就像C++指针一样，指向地址而不是值。

返回闭包时牢记的一点就是：返回函数不要引用任何循环变量，或者后续会发生变化的变量。

如果一定要引用循环变量怎么办？方法是再创建一个函数，用该函数的参数绑定循环变量当前的值，无论该循环变量后续如何更改，已绑定到函数参数的值不变：

function count() {
    var arr = [];
    for (var i=1; i<=3; i++) {
        arr.push((function (n) {
            return function () {
                return n * n;
            }
        })(i));
    }
    return arr;
}

var results = count();
var f1 = results[0];
var f2 = results[1];
var f3 = results[2];

f1(); // 1
f2(); // 4
f3(); // 9

 

注意这里用了一个“创建一个匿名函数并立刻执行”的语法：

(function (x) {
    return x * x;
})(3); // 9

 

理论上讲，创建一个匿名函数并立刻执行可以这么写：

function (x) { return x * x } (3);

 

但是由于JavaScript语法解析的问题，会报SyntaxError错误，因此需要用括号把整个函数定义括起来：

(function (x) { return x * x }) (3);

 

通常，一个立即执行的匿名函数可以把函数体拆开，一般这么写：

(function (x) {
    return x * x;
})(3);

 

说了这么多，难道闭包就是为了返回一个函数然后延迟执行吗？

当然不是！闭包有非常强大的功能。举个栗子：

在面向对象的程序设计语言里，比如Java和C++，要在对象内部封装一个私有变量，可以用private修饰一个成员变量。

在没有class机制，只有函数的语言里，借助闭包，同样可以封装一个私有变量。我们用JavaScript创建一个计数器：

'use strict';

function create_counter(initial) {
    var x = initial || 0;
    return {
        inc: function () {
            x += 1;
            return x;
        }
    }
}

 

它用起来像这样：

var c1 = create_counter();
c1.inc(); // 1
c1.inc(); // 2
c1.inc(); // 3

var c2 = create_counter(10);
c2.inc(); // 11
c2.inc(); // 12
c2.inc(); // 13

 

在返回的对象中，实现了一个闭包，该闭包携带了局部变量x，并且，从外部代码根本无法访问到变量x。换句话说，闭包就是携带状态的函数，并且它的状态可以完全对外隐藏起来。

闭包还可以把多参数的函数变成单参数的函数。例如，要计算xy可以用Math.pow(x, y)函数，不过考虑到经常计算x2或x3，我们可以利用闭包创建新的函数pow2和pow3：

function make_pow(n) {
    return function (x) {
        return Math.pow(x, n);
    }
}

// 创建两个新函数:
var pow2 = make_pow(2);
var pow3 = make_pow(3);

pow2(5); // 25
pow3(7); // 343

 

脑洞大开

很久很久以前，有个叫阿隆佐·邱奇的帅哥，发现只需要用函数，就可以用计算机实现运算，而不需要0、1、2、3这些数字和+、-、*、/这些符号。

JavaScript支持函数，所以可以用JavaScript用函数来写这些计算。来试试：

'use strict';

// 定义数字0:
var zero = function (f) {
    return function (x) {
        return x;
    }
};

// 定义数字1:
var one = function (f) {
    return function (x) {
        return f(x);
    }
};

// 定义加法:
function add(n, m) {
    return function (f) {
        return function (x) {
            return m(f)(n(f)(x));
        }
    }
}
 

 

再看一个栗子：

 

　　function f1(){
　　　　var n=999;
　　　　nAdd=function(){n+=1}
　　　　function f2(){
　　　　　　alert(n);
　　　　}
　　　　return f2;
　　}
　　var result=f1();
　　result(); // 999
　　nAdd();
　　result(); // 1000

 

　　在这段代码中，result实际上就是闭包f2函数。它一共运行了两次，第一次的值是999，第二次的值是1000。这证明了，函数f1中的局部变量n一直保存在内存中，并没有在f1调用后被自动清除。

　　为什么会这样呢？原因就在于f1是f2的父函数，而f2被赋给了一个全局变量，这导致f2始终在内存中，而f2的存在依赖于f1，因此f1也始终在内存中，不会在调用结束后，被垃圾回收机制（garbage collection）回收。

　　这段代码中另一个值得注意的地方，就是"nAdd=function(){n+=1}"这一行，首先在nAdd前面没有使用var关键字，因此nAdd是一个全局变量，而不是局部变量。其次，nAdd的值是一个匿名函数（anonymous function），而这个匿名函数本身也是一个闭包，所以nAdd相当于是一个setter，可以在函数外部对函数内部的局部变量进行操作。

 

注意的一些事项：

 

1）由于闭包会使得函数中的变量都被保存在内存中，内存消耗很大，所以不能滥用闭包，否则会造成网页的性能问题，在IE中可能导致内存泄露。解决方法是，在退出函数之前，将不使用的局部变量全部删除。

 

2）闭包会在父函数外部，改变父函数内部变量的值。所以，如果你把父函数当作对象（object）使用，把闭包当作它的公用方法（Public Method），把内部变量当作它的私有属性（private value），这时一定要小心，不要随便改变父函数内部变量的值。