闭包是包括 Go 在内的编程语言的一项强大功能。通过闭包，您可以在函数中封装数据，并通过函数的返回值访问这些数据。在本文中，我们将介绍 Go 中闭包的基础知识，包括它们是什么、如何工作以及如何有效地使用它们。
## 什么是闭包？
go官方有一句解释:
> Function literals are closures: they may refer to variables defined in a surrounding function. Those variables are then shared between the surrounding function and the function literal, and they survive as long as they are accessible.
>
翻译过来就是：
> 函数字面量（匿名函数)是*闭包*：它们可以引用在周围函数中定义的变量。然后，这些变量在周围的函数和函数字面量之间共享，只要它们还可以访问，它们就会继续存在。
>
闭包是一种创建函数的方法，这些函数可以访问在其主体之外定义的变量。闭包是一个可以捕捉其周围环境状态的函数。这意味着函数可以访问不在其参数列表中或在其主体中定义的变量。**闭包函数可以在外部函数返回后访问这些变量**。
## 在 Go 中创建闭包
在 Go 中，您可以使用匿名函数创建闭包。创建闭包时，函数会捕获其周围环境的状态，包括外部函数中定义的任何变量。闭包函数可以在外部函数返回后访问这些变量。
下面是一个在 Go 中创建闭包的示例：
```go
func adder() func(int) int { // 外部函数
sum := 0
return func(x int) int { // 内部函数
fmt.Println("func sum: ", sum)
sum += x
return sum
}
}
func main() {
a := adder()
fmt.Println(a(1))
fmt.Println(a(2))
fmt.Println(a(3))
}
```
在本例中，我们定义了一个返回匿名函数的加法器函数。匿名函数捕捉加法器函数中定义的 `sum` 变量的状态。每次调用匿名函数时，它都会将参数加到求和变量中，并返回结果。
所以其输出结果为：
```go
func sum: 0
1
func sum: 1
3
func sum: 3
6
```
## 在 Go 中使用闭包
在 Go 中，闭包可用于多种用途，包括用函数封装数据、创建生成器、迭代器和 memoization 函数。
下面是一个使用闭包将数据与函数封装在一起的示例：
```go
func makeGreeter(greeting string) func(string) string {
return func(name string) string {
fmt.Printf("func greeting: %s, name: %s\n", greeting, name)
return greeting + ", " + name
}
}
func main() {
englishGreeter := makeGreeter("Hello")
spanishGreeter := makeGreeter("Hola")
fmt.Println(englishGreeter("John"))
fmt.Println(englishGreeter("Tim"))
fmt.Println(spanishGreeter("Juan"))
fmt.Println(spanishGreeter("Taylor"))
}
```
在本例中，我们定义了一个名为 `makeGreeter` 的函数，它返回一个匿名函数。该匿名函数接收一个字符串参数，并返回一个将问候语和名称连接起来的字符串。我们创建了两个问候语程序，一个用于英语，一个用于西班牙语，然后用不同的名称调用它们。
所以其输出为：
```go
func greeting: Hello, name: John
Hello, John
func greeting: Hello, name: Tim
Hello, Tim
func greeting: Hola, name: Juan
Hola, Juan
func greeting: Hola, name: Taylor
Hola, Taylor
```
## 替换捕获的变量
Go 闭包的强大功能之一是能够更改捕获的变量。这使得代码中的行为更加灵活和动态。下面是一个例子：
```go
func makeCounter() func() int {
i := 0
return func() int {
fmt.Println("func i: ", i)
i++
return i
}
}
func main() {
counter := makeCounter()
fmt.Println(counter())
fmt.Println(counter())
fmt.Println(counter())
}
```
在本例中，`makeCounter` 函数返回一个闭包，每次调用都会使计数器递增。i 变量被闭包捕获，并可被修改以更新计数器。
所以其输出为：
```go
func i: 0
1
func i: 1
2
func i: 2
3
```
## 逃逸变量
Go 闭包的另一个高级概念是变量逃逸分析。在 Go 中，变量通常在堆栈上分配，并在超出作用域时被去分配。然而，**当变量被闭包捕获时，它必须在堆上分配**，以确保在函数返回后可以访问它。这会导致性能开销，因此了解变量何时以及如何逃逸非常重要。
我们对比一下两个方法：
```go
func makeAdder1(x1 int) func(int) int {
return func(y1 int) int {
return x1 + y1
}
}
func makeAdder2(x2 int) func(int) int {
fmt.Println(x2)
return func(y2 int) int {
return x2 + y2
}
}
func main() {
a := makeAdder1(5)
fmt.Println(a(1))
b := makeAdder2(6)
fmt.Println(b(1))
}
```
`makeAdder1` 和 `makeAdder2` 的区别在于函数内的 `x` 是否被使用。
而我们通过逃逸分析：
```go
go build -gcflags "-m" main.go
```
会得到以下输出：
```go
./main.go:5:6: can inline makeAdder1
./main.go:6:9: can inline makeAdder1.func1
./main.go:13:9: can inline makeAdder2.func1
./main.go:12:13: inlining call to fmt.Println
./main.go:19:17: inlining call to makeAdder1
./main.go:6:9: can inline main.makeAdder1.func1
./main.go:20:15: inlining call to main.makeAdder1.func1
./main.go:20:13: inlining call to fmt.Println
./main.go:23:13: inlining call to fmt.Println
./main.go:6:9: func literal escapes to heap
./main.go:12:13: ... argument does not escape
./main.go:12:14: x2 escapes to heap
./main.go:13:9: func literal escapes to heap
./main.go:19:17: func literal does not escape
./main.go:20:13: ... argument does not escape
./main.go:20:15: ~R0 escapes to heap
./main.go:23:13: ... argument does not escape
./main.go:23:15: b(1) escapes to heap
```
从逃逸分析结果来看，`x` 变量被闭包捕获，必须在堆上分配。不过，如果 `x` 变量不被闭包之外的任何其他代码使用，编译器可以进行优化，将其分配到栈中。
## 共享闭包
最后，Go 中的闭包可以在多个函数之间共享，从而实现更高的灵活性和模块化代码。下面是一个例子：
```go
type Calculator struct {
add func(int, int) int
}
func NewCalculator() *Calculator {
c := &Calculator{}
c.add = func(x, y int) int {
fmt.Printf("func x: %d, y: %d\n", x, y)
return x + y
}
return c
}
func (c *Calculator) Add(x, y int) int {
return c.add(x, y)
}
func main() {
calc := NewCalculator()
fmt.Println(calc.Add(1, 2))
fmt.Println(calc.Add(2, 3))
}
```
在本例中，`Calculator` 结构具有一个 `add` 函数，该函数在 `NewCalculator` 函数中通过闭包进行了初始化。`Calculator` 结构的 `Add` 方法只需调用 `add` 函数，这样就可以在多个上下文中重复使用。
所以其输出为：
```go
func x: 1, y: 2
3
func x: 2, y: 3
5
```
## 结论
在 Go 编程中，闭包是一个强大的工具，可用于用函数封装数据，并创建生成器和迭代器等。它们提供了一种访问函数体外定义的变量的方法，即使在函数返回后也是如此。
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