資訊專欄INFORMATION COLUMN
摘要：閉包在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，閉包是詞法閉包的簡(jiǎn)稱，是引用了自由變量的函數(shù)。所以，有另一種說(shuō)法認(rèn)為閉包是由函數(shù)和與其相關(guān)的引用環(huán)境組合而成的實(shí)體。通過(guò)閉包完成了私有的成員和方法的封裝。
閉包
在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，閉包（Closure）是詞法閉包（Lexical Closure）的簡(jiǎn)稱，是引用了自由變量的函數(shù)。這個(gè)被引用的自由變量將和這個(gè)函數(shù)一同存在，即使已經(jīng)離開了創(chuàng)造它的環(huán)境也不例外。所以，有另一種說(shuō)法認(rèn)為閉包是由函數(shù)和與其相關(guān)的引用環(huán)境組合而成的實(shí)體。 --- 維基百科
其實(shí)這段引用已經(jīng)說(shuō)明了閉包的本質(zhì)：引用了自由變量的函數(shù)，自由變量將和這個(gè)函數(shù)一同存在——這是理解閉包的關(guān)鍵。
一 原理解釋函數(shù)式編程語(yǔ)言的基礎(chǔ)是lambda演算，而閉包又是從函數(shù)式編程衍生而來(lái)。下面先從Lambda演算理解下函數(shù)式思維。（不感興趣可直接跳過(guò)）
Lambda演算非形式化的描述Lambda演算是一套用于研究函數(shù)定義、應(yīng)用和遞歸的形式系統(tǒng)。它包括一條變換規(guī)則（變量替換）和一條函數(shù)定義方式，Lambda演算之通用在于，任何一個(gè)可計(jì)算函數(shù)都能用這種形式來(lái)表達(dá)和求值。因而，它是等價(jià)于圖靈機(jī)的。盡管如此，Lambda演算強(qiáng)調(diào)的是變換規(guī)則的運(yùn)用，而非實(shí)現(xiàn)它們的具體機(jī)器?？梢哉J(rèn)為這是一種更接近軟件而非硬件的方式。Lambda演算對(duì)函數(shù)式編程語(yǔ)言有巨大的影響，比如Lisp和Haskell。
在lambda演算中，每個(gè)表達(dá)式都代表一個(gè)函數(shù)，這個(gè)函數(shù)有一個(gè)參數(shù)，并且返回一個(gè)值。不論是參數(shù)和返回值，也都是一個(gè)單參的函數(shù)?？梢赃@么說(shuō)，lambda演算中，只有一種“類型”，那就是這種單參函數(shù)。
注：在函數(shù)式編程語(yǔ)言中，函數(shù)可是一等公民。
函數(shù)是通過(guò)λ表達(dá)式匿名地定義的，這個(gè)表達(dá)式說(shuō)明了此函數(shù)將對(duì)其參數(shù)進(jìn)行什么操作。例如，“加2”函數(shù)f(x)= x + 2可以用lambda演算表示為λx.x + 2 (或者λy.y + 2，參數(shù)的取名無(wú)關(guān)緊要)
λ演算中函數(shù)只有一個(gè)參數(shù)，那有兩個(gè)參數(shù)的函數(shù)怎么表達(dá)呢？可以通過(guò)lambda演算這么表達(dá)：一個(gè)單一參數(shù)的函數(shù)的返回值又是一個(gè)單一參數(shù)的函數(shù)（閉包嗎？）。
例如，函數(shù)f(x, y) = x + y可以寫作：
λx.λy.x + y ----->λx. (λ y. + x y)
上面這個(gè)轉(zhuǎn)化就叫currying，它展示了，我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)加法(假設(shè)+這個(gè)符號(hào)已經(jīng)具有相加的功能)。
其實(shí)就是我們現(xiàn)在意義上的閉包——你調(diào)用一個(gè)函數(shù)，這個(gè)函數(shù)返回另一個(gè)函數(shù)，返回的函數(shù)中存儲(chǔ)保留了調(diào)用函數(shù)的變量。currying是閉包的鼻祖。（如果理解困難，下面會(huì)用編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)上面的演算）
閉包解釋閉包被廣泛使用于函數(shù)式編程語(yǔ)言，慢慢很多命令式語(yǔ)言也開始支持閉包。在函數(shù)中可以（嵌套）定義另一個(gè)函數(shù)時(shí)，如果內(nèi)部的函數(shù)引用了外部的函數(shù)的變量，則可能產(chǎn)生閉包。運(yùn)行時(shí)，一旦外部的函數(shù)被執(zhí)行，一個(gè)閉包就形成了，閉包中包含了內(nèi)部函數(shù)的代碼，以及所需外部函數(shù)中的變量的引用。
典型的支持閉包的語(yǔ)言中，通常將函數(shù)當(dāng)作第一類對(duì)象——在這些語(yǔ)言中，函數(shù)通常有下列特性：
- 可以將函數(shù)賦值給一個(gè)變量
- 函數(shù)可以作為參數(shù)傳遞
- 函數(shù)的返回值可以是一個(gè)函數(shù)
例如以下Scheme(Lisp的一個(gè)方言)代碼：
(define (f x) (lambda (y) (+ x y)))
在這個(gè)例子中，lambda表達(dá)式(lambda (y) (+ x y))出現(xiàn)在函數(shù)f中。當(dāng)這個(gè)lambda表達(dá)式被執(zhí)行時(shí)，Scheme創(chuàng)造了一個(gè)包含此表達(dá)式以及對(duì)x變量的引用的閉包，其中x變量在lambda表達(dá)式中是自由變量。
下面是用ECMAScript (JavaScript)寫的同一個(gè)例子：
function f(x){
return function(y) {
return x + y;
};
}
其中f返回的匿名函數(shù)與其自由變量x組成了一個(gè)閉包。
上述代碼在nodeJS環(huán)境中執(zhí)行：
console.log( (f(7)) (2) ); //9
首先用第一個(gè)參數(shù)（7）代替最外層函數(shù)的參數(shù)（x），然后用第二個(gè)參數(shù)（2）代替第二層函數(shù)的參數(shù)（y），最終得到計(jì)算結(jié)果。
注意：這個(gè)運(yùn)算執(zhí)行了兩個(gè)函數(shù)：f和匿名函數(shù)。f的作用域?yàn)?f 7)，這就是說(shuō)，當(dāng)(f 7)執(zhí)行后，f這個(gè)函數(shù)就結(jié)束了，而x是f的私有變量，理論上x應(yīng)該被釋放了，然后x在f函數(shù)執(zhí)行結(jié)束后并沒(méi)有被釋放，而是繼續(xù)被匿名函數(shù)繼續(xù)使用。支持這種機(jī)制的語(yǔ)言稱為支持閉包機(jī)制（在函數(shù)中可以（嵌套）定義另一個(gè)函數(shù)時(shí)，如果內(nèi)部的函數(shù)引用了外部函數(shù)的變量，即使已經(jīng)離開了外部函數(shù)的環(huán)境，自由變量（外部函數(shù)的變量）也和內(nèi)部函數(shù)一同存在，則產(chǎn)生閉包）。
二 閉包的實(shí)現(xiàn)通過(guò)上面的原理解釋我們提出了這樣一個(gè)問(wèn)題（雖然這樣的問(wèn)題不干擾你理解閉包）：
如果一個(gè)函數(shù)定義在棧中，那么當(dāng)函數(shù)返回時(shí)，定義在函數(shù)中的局部變量就不復(fù)存在了， 那為什么內(nèi)部的函數(shù)可以訪問(wèn)外部函數(shù)的變量？即使外部函數(shù)執(zhí)行完，外部函數(shù)的變量也能和內(nèi)部函數(shù)一同存在？
下面以JavaScript閉包實(shí)現(xiàn)舉例。
javascript
上面是一個(gè)使用閉包的簡(jiǎn)單示例，代碼執(zhí)行完畢后，函數(shù)對(duì)象并不會(huì)被垃圾回收機(jī)制回收1，函數(shù)內(nèi)的臨時(shí)變量能夠得以長(zhǎng)期存在，而這個(gè)變量只能夠被閉包函數(shù)修改，在外部是無(wú)法訪問(wèn)和修改的。（這個(gè)其實(shí)前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)，這里有點(diǎn)啰嗦）
JavaScript中將作用域鏈描述為一個(gè)對(duì)象列表，不是綁定的棧。每次調(diào)用JavaScript函數(shù)的時(shí)候（函數(shù)也是對(duì)象），都會(huì)為之創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象用來(lái)保存局部變量，把這個(gè)對(duì)象添加至作用域鏈中。
每個(gè)函數(shù)關(guān)聯(lián)都有一個(gè)執(zhí)行上下文場(chǎng)景(Execution Context) ，然后執(zhí)行環(huán)境會(huì)創(chuàng)建一個(gè)活動(dòng)對(duì)象(call object)，該對(duì)象包含了兩個(gè)重要組件，環(huán)境記錄，和外部引用(指針)。環(huán)境記錄包含了函數(shù)內(nèi)部聲明的局部變量和參數(shù)變量，外部引用指向了外部函數(shù)對(duì)象的上下文執(zhí)行場(chǎng)景。這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就構(gòu)成了一個(gè)單向的鏈表，每個(gè)引用都指向外層的上下文場(chǎng)景。最后形成如下圖的結(jié)構(gòu)：
注：此圖盜用，此圖網(wǎng)站已不能打開。
如上圖和代碼所示：a返回函數(shù)b的引用給c，函數(shù)b的作用域鏈包含了對(duì)函數(shù)a的活動(dòng)對(duì)象的引用，也就是說(shuō)b可以訪問(wèn)到a中定義的所有變量和函數(shù)。函數(shù)b被c引用，函數(shù)b又依賴函數(shù)a，因此函數(shù)a在返回后不會(huì)被GC回收。
三 閉包的作用以上述代碼為例：
- 保護(hù)函數(shù)內(nèi)的變量安全：函數(shù)a中i只有函數(shù)b才能訪問(wèn)，而無(wú)法通過(guò)其他途徑訪問(wèn)到，因此保護(hù)了i的安全；
- 在內(nèi)存中維持一個(gè)變量：函數(shù)a中i的一直存在于內(nèi)存中，因此每次執(zhí)行c()，都會(huì)給i自加1；
- 通過(guò)保護(hù)變量的安全實(shí)現(xiàn)JS私有屬性和私有方法（不能被外部訪問(wèn)）。
Singleton 單件：（盜用理解Javascript的閉包的例子）
var singleton = function () {
var privateVariable;
function privateFunction(x) {
...privateVariable...
}
return {
firstMethod: function (a, b) {
...privateVariable...
},
secondMethod: function (c) {
...privateFunction()...
}
};
}();
這個(gè)單件通過(guò)閉包來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)閉包完成了私有的成員和方法的封裝。匿名主函數(shù)返回一個(gè)對(duì)象。對(duì)象包含了兩個(gè)方法，方法1可以方法私有變量，方法2訪問(wèn)內(nèi)部私有函數(shù)。需要注意的地方是匿名主函數(shù)結(jié)束的地方的"()’，如果沒(méi)有這個(gè)"()’就不能產(chǎn)生單件。因?yàn)槟涿瘮?shù)只能返回了唯一的對(duì)象，而且不能被其他地方調(diào)用。這個(gè)就是利用閉包產(chǎn)生單件的方法。
四 概念混淆之匿名函數(shù)匿名函數(shù)指的是沒(méi)有函數(shù)名稱的函數(shù)，它和閉包沒(méi)有關(guān)系，只是閉包中函數(shù)可以通過(guò)匿名函數(shù)編寫，當(dāng)然匿名函數(shù)不止會(huì)出現(xiàn)在閉包中。
如下面一個(gè)javascript代碼示例：
var f = function(name){
//函數(shù)體
};
函數(shù)表達(dá)式是創(chuàng)建了一個(gè)匿名函數(shù)，然后將匿名函數(shù)賦值給一個(gè)變量f。
參考理解Javascript的閉包
閉包漫談（從抽象代數(shù)及函數(shù)式編程角度）
維基百科-閉包
維基百科-λ演算
編程語(yǔ)言的基石——Lambda calculus
注：Javascript的垃圾回收機(jī)制:
在Javascript中，如果一個(gè)對(duì)象不再被引用，那么這個(gè)對(duì)象就會(huì)被GC回收。如果兩個(gè)對(duì)象互相引用，而不再被第3者所引用，那么這兩個(gè)互相引用的對(duì)象也會(huì)被回收。因?yàn)楹瘮?shù)a被b引用，b又被a外的c引用，這就是為什么函數(shù)a執(zhí)行后不會(huì)被回收的原因。??
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摘要：大名鼎鼎的閉包面試必問(wèn)。閉包的作用是什么?？吹介]包在哪了嗎閉包到底是什么五年前，我也被這個(gè)問(wèn)題困擾，于是去搜了并總結(jié)下來(lái)。關(guān)于閉包的謠言閉包會(huì)造成內(nèi)存泄露錯(cuò)。閉包里面的變量明明就是我們需要的變量，憑什么說(shuō)是內(nèi)存泄露這個(gè)謠言是如何來(lái)的因?yàn)椤? 本文為饑人谷講師方方原創(chuàng)文章，首發(fā)于 前端學(xué)習(xí)指南。 大名鼎鼎的閉包！面試必問(wèn)。請(qǐng)用自己的話簡(jiǎn)述 什么是「閉包」。 「閉包」的作用是什么。 首先...
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摘要：到底什么是閉包這個(gè)問(wèn)題在面試是時(shí)候經(jīng)常都會(huì)被問(wèn)，很多小白一聽就懵逼了，不知道如何回答好。上面這么說(shuō)閉包是一種特殊的對(duì)象。閉包的注意事項(xiàng)通常，函數(shù)的作用域及其所有變量都會(huì)在函數(shù)執(zhí)行結(jié)束后被銷毀。從而使用閉包模塊化代碼，減少全局變量的污染。 閉包，有人說(shuō)它是一種設(shè)計(jì)理念，有人說(shuō)所有的函數(shù)都是閉包。到底什么是閉包？這個(gè)問(wèn)題在面試是時(shí)候經(jīng)常都會(huì)被問(wèn)，很多小白一聽就懵逼了，不知道如何回答好。這個(gè)...
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