C#中的闭包

引子

在.NET 1.x时我们可能会写这样的代码：¹

public static void TestRequest(string url)
{
    WebRequest request = HttpWebRequest.Create(url);
    object[] context = new object[] { url, request };
    request.BeginGetResponse(TestAsyncCallback, context);
}

public static void TestAsyncCallback(IAsyncResult ar)
{ 
    object[] context = (object[])ar.AsyncState;
    string url = (string)context[0];
    WebRequest request = (WebRequest)context[1];

    using (WebResponse response = request.EndGetResponse(ar))
    {
        Console.WriteLine("{0}: {1}", url, response.ContentLength);
    }
}

我们需要自己维护一个object[]作为callback的参数，这样不仅是弱类型还很麻烦。好在.NET 2.x引入了匿名方法：

public static void TestRequest(string url)
{
    WebRequest request = HttpWebRequest.Create(url);
    request.BeginGetResponse(delegate(IAsyncResult ar)
    {
        using (WebResponse response = request.EndGetResponse(ar))
        {
            Console.WriteLine("{0}: {1}", url, response.ContentLength);
        }
    },
    null);
}

很方便吧！² 新定义的delegate可以直接用TestRequest里的变量，就在于生成了一个闭包。

闭包（Closure）是引用了自由变量的函数。这个被引用的自由变量将和这个函数一同存在，即使已经离开了创造它的环境也不例外。³

C#中闭包的实现

从上边看来闭包与匿名方法有点关系，但.NET中本并没有什么匿名方法，我们还是用Reflector看下编译器到底生成了什么样的代码。这里注意要修改下Reflector的设置，View->Options->Disassembler->Optimization改为.Net 1.0 。

public static void TestRequest(string url)
{
    <>c__DisplayClass1 CS$<>8__locals2 = new <>c__DisplayClass1();
    CS$<>8__locals2.url = url;
    CS$<>8__locals2.request = WebRequest.Create(CS$<>8__locals2.url);
    CS$<>8__locals2.request.BeginGetResponse(new AsyncCallback(CS$<>8__locals2.<TestRequest>b__0), null);
}
[CompilerGenerated]
private sealed class <>c__DisplayClass1
{
    // Fields
    public WebRequest request;
    public string url;

    // Methods
    public void b__0(IAsyncResult ar)
    {
        using (WebResponse response = this.request.EndGetResponse(ar))
        {
            Console.WriteLine("{0}: {1}", this.url, response.ContentLength);
        }
    }
}

可见编译器至少做了两件事

1. 生成了一个类，包括匿名方法的方法体和所有引用的自由变量
2. 调用匿名方法的方法里的相关变量都被替换为生成类的字段，相关方法被替换为生成类的方法

练习

考虑下边代码的输出

1、

int i = 0;
Action action = delegate() { Console.WriteLine(i); };
i++;
action();

2、

int i = 0; 
Action action = delegate() { i++; };
action();
Console.WriteLine(i); 

--------------------------------------------

1、参考上一节，相关变量都被替换为生成类的字段，修改 i 时也改掉了生成类中的 i ，所以输出 1 。

这也许不是我们想要的结果，其实resharper对这种写法会有一个access to modified closure的提示。

2、同样的道理，WriteLine的 i 被替换为生成类的字段，所以输出 1 。

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注1: 参考老赵从.NET中委托写法的演变谈开去（上）：委托与匿名方法

注2: 当然.Net 3.5后有更方便的方法，但不是这里的关注点就不多提了

public static void TestRequest(string url)
{
    WebRequest request = HttpWebRequest.Create(url);
    request.BeginGetResponse(ar => TestAsyncCallback(ar, request, url), null);
}

注3：参考维基百科闭包 (计算机科学)