Closures中变量捕获的详细解释

Question

Closures中变量捕获的详细解释

c#.netclosuresvalue-typereference-type

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我曾经看过无数关于变量捕获的帖子，这些帖子都提到了创建闭包时会引入变量，但是它们似乎都没有详细解释，而只是称整个过程为“编译器的魔法”。

我正在寻找一个清晰明了的解释：

局部变量是如何被实际捕获的。
在捕获值类型和引用类型之间的区别（如果有的话）。
是否存在任何与值类型相关的装箱操作。

我更喜欢以值和指针的方式回答（更接近内部发生的情况），但是如果有明确的答案涉及值和引用，我也会接受。

- DuckMaestro

3

你有阅读文档吗？ - David Heffernan

什么让你觉得涉及到指针？请记住，这是在C#本身的级别上完成的 - 不是由CLR完成的。 - Jon Skeet

引用在底层是指针。我只寻找那种底层解释，如果它能让事情更清晰易懂的话。 - DuckMaestro

1

在底层，引用是指向某些当前实现的指针，即使在它们中也不能保证它们会保持这种方式。一个将.NET解释器或编译器转换为FPGA的程序可能会做出不同的选择，但仍然可以运行所有有效的非不安全代码，而不需要任何指针概念。 - Julien Roncaglia

3

@DuckMaestro：VirtualBlackFox说得完全正确。指针的实现对C#语言规范提供的保证是无关紧要的。在理解功能时，试图保持适当的思考水平肯定是值得的——闭包可以毫无疑问地被理解，而不必考虑虚拟机（或其他东西）究竟在做什么。 - Jon Skeet

谢谢你们两位。很有道理。我会更新标题，减少指针的强调。 - DuckMaestro

1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- Jon Skeet · Accepted Answer

这有点棘手。等一下再说。
没有区别-在两种情况下，被捕获的是变量本身。
不，不会发生装箱。

最好通过一个例子来演示捕获如何工作...

这是使用lambda表达式捕获单个变量的代码:

using System;

class Test
{
    static void Main()
    {
        Action action = CreateShowAndIncrementAction();
        action();
        action();
    }

    static Action CreateShowAndIncrementAction()
    {
        Random rng = new Random();
        int counter = rng.Next(10);
        Console.WriteLine("Initial value for counter: {0}", counter);
        return () =>
        {
            Console.WriteLine(counter);
            counter++;
        };
    }
}

现在让我们看看编译器为您做了什么-除了它将使用C＃中无法真正出现的“不可言喻”的名称。

using System;

class Test
{
    static void Main()
    {
        Action action = CreateShowAndIncrementAction();
        action();
        action();
    }

    static Action CreateShowAndIncrementAction()
    {
        ActionHelper helper = new ActionHelper();        
        Random rng = new Random();
        helper.counter = rng.Next(10);
        Console.WriteLine("Initial value for counter: {0}", helper.counter);

        // Converts method group to a delegate, whose target will be a
        // reference to the instance of ActionHelper
        return helper.DoAction;
    }

    class ActionHelper
    {
        // Just for simplicity, make it public. I don't know if the
        // C# compiler really does.
        public int counter;

        public void DoAction()
        {
            Console.WriteLine(counter);
            counter++;
        }
    }
}

如果您在循环中捕获变量，则每次迭代都会得到一个新的ActionHelper实例，因此您实际上会捕获不同版本的变量。

当您从不同范围捕获变量时，情况会变得更加复杂... 如果您真的需要这种详细级别的信息，请告诉我，或者您可以编写一些代码，在Reflector中反编译它并跟随它 :)

请注意以下内容：

没有涉及装箱
没有指针或任何其他不安全的代码

编辑：这是两个委托共享变量的示例。一个委托显示 counter 的当前值，另一个委托增加它：

using System;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        var tuple = CreateShowAndIncrementActions();
        var show = tuple.Item1;
        var increment = tuple.Item2;

        show(); // Prints 0
        show(); // Still prints 0
        increment();
        show(); // Now prints 1
    }

    static Tuple<Action, Action> CreateShowAndIncrementActions()
    {
        int counter = 0;
        Action show = () => { Console.WriteLine(counter); };
        Action increment = () => { counter++; };
        return Tuple.Create(show, increment);
    }
}

...和扩展功能：

using System;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        var tuple = CreateShowAndIncrementActions();
        var show = tuple.Item1;
        var increment = tuple.Item2;

        show(); // Prints 0
        show(); // Still prints 0
        increment();
        show(); // Now prints 1
    }

    static Tuple<Action, Action> CreateShowAndIncrementActions()
    {
        ActionHelper helper = new ActionHelper();
        helper.counter = 0;
        Action show = helper.Show;
        Action increment = helper.Increment;
        return Tuple.Create(show, increment);
    }

    class ActionHelper
    {
        public int counter;

        public void Show()
        {
            Console.WriteLine(counter);
        }

        public void Increment()
        {
            counter++;
        }
    }
}