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C#—闭包详解

article 2025/3/17 23:12:03

闭包

注解

闭包在C#中是通过捕获外部作用域的变量来实现的，使得内部函数可以访问这些变量。它们的作用包括维持状态、支持函数式编程模式、简化事件处理和异步编程中的代码。应用场景涉及事件处理、异步方法、LINQ查询等。使用时需要注意变量捕获的时机和生命周期，避免常见陷阱，比如循环中的变量捕获问题。

在C#中，闭包（Closure）是一个非常重要的概念，特别是在处理函数和变量作用域时。闭包允许你在外部函数中定义一个内部函数，并且这个内部函数可以访问并操作外部函数的局部变量。即使外部函数已经执行完毕，这些局部变量仍然可以在闭包中被内部函数访问。

闭包的工作原理
闭包主要由以下几个部分组成：

外部函数：定义了闭包的环境，包括局部变量。
内部函数：可以访问外部函数的局部变量。

闭包的定义与核心机制

定义：闭包是一个函数（如委托、Lambda表达式）与其引用的外部变量的绑定。这些变量的生命周期被延长，与闭包共存。
捕获变量：闭包捕获的是变量的引用（而非值），因此外部变量的修改会反映到闭包内。

Func<int> CreateCounter()
{
    int count = 0;
    return () => ++count; // Lambda捕获count变量
}

var counter = CreateCounter();
Console.WriteLine(counter()); // 输出1
Console.WriteLine(counter()); // 输出2（闭包维持count状态）

闭包的作用

保持状态：闭包让函数携带私有状态（类似轻量级对象）。
简化代码：避免为临时逻辑定义完整类，支持函数式编程风格。
跨上下文访问：在异步、事件或回调中访问原始作用域的变量。

应用场景

事件处理：事件回调访问定义时的变量。
异步编程：在async/await中保留上下文变量。
LINQ查询：延迟执行时捕获变量。
工厂模式：生成携带特定状态的函数。

正确使用闭包

避免循环陷阱
直接捕获循环变量会导致所有闭包共享最终值：

var actions = new List<Action>();
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
    int temp = i; // 局部临时变量
    actions.Add(() => Console.WriteLine(temp));
}
foreach (var action in actions)
    action(); // 输出0,1,2

内存管理

闭包延长变量生命周期，可能导致内存泄漏。及时释放无用的闭包引用。

实例

通过一下实例来深入了解闭包

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine(GetClosureFunction()(30));
    }

    static Func<int, int> GetClosureFunction()
    {
        int val = 10;
        Func<int, int> internalAdd = x => x + val;

        Console.WriteLine(internalAdd(10));

        val = 30;
        Console.WriteLine(internalAdd(10));

        return internalAdd;
    }
}

上述代码的执行流程是Main函数调用GetClosureFunction函数，GetClosureFunction返回了委托internalAdd并被立即执行了。

输出结果依次为20、40、60

对应到一开始提出的闭包的概念。这个委托internalAdd就是一个闭包，引用了外部函数GetClosureFunction作用域中的变量val。

注意：internalAdd有没有被当做返回值和闭包的定义无关。就算它没有被返回到外部，它依旧是个闭包。