C#中的lambda如何捕获变量

Question

为什么以下代码会打印两次11？

int i = 10;
Action fn1 = () => Console.WriteLine(i);
i = 11;
Action fn2 = () => Console.WriteLine(i);
fn1();
fn2();

输出 11 11

根据这篇帖子中的回答 - 如何告诉C# lambda函数捕获一个副本而不是引用？ - lambda函数被转换为一个包含被捕获变量副本的类。如果是这样，我的例子不应该打印10和11吗？

现在，当lambda函数通过引用捕获时，它如何影响所捕获变量的生命周期。例如，假设上述代码片段在一个函数中，并且Actions的作用域对于变量是全局的，像这样：

class Test
{
  Action _fn1;
  Action _fn2;

  void setActions()
  {
    int i = 10;
    _fn1 = () => Console.WriteLine(i);
    i = 11;
    _fn2 = () => Console.WriteLine(i);
  }

  static void Main()
  {
    setActions();
    _fn1();
    _fn2();
  }
}

在这种情况下，当操作被调用时，变量i会超出作用域吗？因此，这些操作留下了一种类似于悬空指针的引用吗？

- Social Developer

Answer 1

如果那是情况的话，我的例子不应该打印10和11吗？不，因为你只有一个变量 - fn1 捕获了变量，而不是其当前值。因此，像这样的方法：

static void Foo()
{
    int i = 10;
    Action fn1 = () => Console.WriteLine(i);
    i = 11;
    Action fn2 = () => Console.WriteLine(i);
    fn1();
    fn2(); 
}

翻译成中文是这样的：

class Test
{
    class MainVariableHolder
    {
        public int i;
        public void fn1() => Console.WriteLine(i);
        public void fn2() => Console.WriteLine(i);
    }

    void Foo()
    {
        var holder = new MainVariableHolder();
        holder.i = 10;
        Action fn1 = holder.fn1;
        holder.i = 11;
        Action fn2 = holder.fn2;
        fn1();
        fn2();
    }
}

这也回答了你的第二个问题：变量被"提升"到一个类中，所以它的生命周期会随着委托对象的存在而有效延长。

- Jon Skeet

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谢谢你的回答。但是，为什么这两个lambda表达式会被表示为一个类呢？我以为它们会各自有一个单独的类。你能给我指出证据吗？我尝试通过ILSpy查看IL代码，但它并没有显示生成lambda表达式的类。 - Social Developer

@Sumith：它不能使用两个类，因为这样你会得到两个变量 - 如果fn1修改了i，那么在fn2中需要可见。至于如何验证它：使用ildasm而不是ilspy，或者（如果可以的话）在ilspy中禁用“优化”（这样它就可以少做一些工作来重构原始的C#代码）。 - Jon Skeet

@Sumith：如果你进入“查看/选项”并取消勾选“反编译lambda”等选项，你将会看到像我展示的代码。 - Jon Skeet

这是否是闭包的一个例子，就像这篇文章中描述的那样？ - Scrobi

@Scrobi：是的，没错。 - Jon Skeet

我希望它的工作方式更像C++的lambda表达式，可以清楚地指定是按值捕获还是按引用捕获。（顺便说一句，我还没有阅读@Scrobi分享的《闭包之美》） - Social Developer

Answer 2

实际上，一个类被生成，其字段是已捕获变量，而不是它们的值。因此，当lambda被执行时，运行时将检查i的当前值，因为在调用lambda之前你已经更新了这个值，所以得到了这样的结果。为了验证这个论点，你可以按照以下语句重新排列顺序：

int i = 10;
Action fn1 = () => Console.WriteLine(i);
fn1();
i = 11;
Action fn2 = () => Console.WriteLine(i);
fn2();

- Christos

Answer 3

它打印两次是因为延迟执行，而不是因为捕获变量的方式。

当执行被延迟时，它将打印 i 的最新值，因为捕获的是 i，而不是它的值。

- Linnau

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换句话说，它是因为它捕获变量而不是值。因为i被捕获了，而不是它的值。 - Jon Skeet