编码技巧 --- 谨防闭包陷阱

小咪咪 2024-03-23 19:17 45阅读 0赞

### 引言 ###

先不论什么是闭包，什么是闭包陷阱，我们开篇先看一段代码：

static void Main(string[] args)
    {
        List<Action> lists = new List<Action>();
    
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            Action action = () => { Console.WriteLine(i); };
    
            lists.Add(action);
        }
    
        foreach (var action in lists)
        {
            action();
        }
    
        Console.ReadLine();
    }

那么思考一下，控制台输出是什么？

### 闭包陷阱 ###

上述代码的本意是想让 `Action`声明的匿名委托方法接收 `i` 的值，并输出

0
    1
    2
    3
    4

但实际上，上述代码输出的是

5
    5
    5
    5
    5

为什么会这样？就需要提到两个个概念，**变量作用域**和**闭包**。

**变量作用域就不说了，就是指变量可以被访问的范围。例如全局变量，局部变量等**。

**闭包：简单点说，就是函数和其引用的上下文的组合体，就是一个闭包。**，例如上文代码中，`for` 循环内部，匿名方法内引用了变量 `i` ，那么变量 `i` 和匿名方法 `() => { Console.WriteLine(i); }` 就组合成了一个闭包，在 `for` 循环中，变量 `i` 就是一个局部变量，但是在闭包中，变量 `i` 对于匿名方法来说就是全局变量。相当于这样：

int i;
    
    public void AnonymousMethod()
    {
        Console.WriteLine(i);
    }

所以，当 `for` 循环结束时，在闭包内的全局变量 `i` 的值就已经变成了5。则下面 `foreach` 代码每次执行输出均为5。

### 根据IL探究原理 ###

实际上，编译器在执行的时候，也确实为闭包生成了一个类，这个类只包含了一个方法和一个全局变量。

来验证一下，将上述代码编译为dll后，通过ILDasm.exe工具查看生成的IL代码

![image.png][]

可以看到IL为闭包生成了一个类 `<>c_DisplayClass0_0` ,这个类只包含了一个变量 `i`，如下：

![image.png][image.png 1]

还包含了一个匿名方法`<Main>b_0:void`，从IL中，也可以看出，先取 `<>c_DisplayClass0_0` 的变量 `i` ，再调用控制台输出方法。如下：

![image.png][image.png 2]

接下来，在看一下整个控制台程序 `Main` 方法的IL代码：

![image.png][image.png 3]

在IL\_0007行，可以看到，声明创建一个 `Action` 后就紧接着创建了一个 `<>c_DisplayClass0_0` 对象。且 `for` 循环的变量 `i` 就是 `<>c_DisplayClass0_0` 对象的变量 `i` （注意这里指的是引用，并不是值），这样，在循环结束的时候，对象的变量 `i` 就变成了5。

这样就可以解释为什么输出会是5了。

:::info\{title="相关信息"\}  
需要注意的是，`Action action = () => { Console.WriteLine(i); };`这句代码只是声明了一个委托，委托绑定的是一个匿名方法，并没有真正执行，只有调用该委托的时候才真正执行。比如 `action()` 或 `action.Invoke()`。  
:::

### 如何避免闭包陷阱 ###

在上面的探究原理的过程中，其实也发现了追根究底的问题其实就是，在创建闭包对象的时候，引用的局部变量，在外部被修改（比如上面代码中的`for` 循环的变量 `i` 就是闭包对象的变量 `i`，指的是指针是同一个），那么可以在创建闭包对象的时候，重新创建一个指针对象，将预期值赋值给它就可以了，比如上面的示例代码可以这样修改：

static void Main(string[] args)
    {
        List<Action> lists = new List<Action>();
    
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            int temp = i;
            Action action = () => { Console.WriteLine(temp); };
            lists.Add(action);
        }
    
        foreach (var action in lists)
        {
            action();
        }
    
        Console.ReadLine();
    }

这样，闭包对象的变量就不再是 `for` 循环的 `i` 了，也就不会再被修改。输出结果为：

[image.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/14/e1ce2be32c364a058b09be562ad13484.png
[image.png 1]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/14/1be96eb3edd644d382e3aec8f40dd04c.png
[image.png 2]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/14/1d88fda53ef4468c9f8cb84cd66cb0b4.png
[image.png 3]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/14/061d8f9390e841eaa7ba532c3ff01fa7.png