Go闭包与常用场景

在很多的开源项目里，经常看到闭包的运用，在 Go语言中，函数类型是一种特殊的类型，函数类型可以像其他类型一样被声明、赋值给变量、作为参数传递。进而有了匿名函数、闭包。本文将简要记录闭包的概念和一些常用的场景。

什么是闭包

Go函数可以是闭包。闭包是一个函数值，它从函数体外部引用变量。函数可以访问被引用的变量并对其赋值;从这个意义上说，函数被“绑定”到变量上。-- a Tour of Go

一个最简单的例子: 1~10的加法

package main

import "fmt"

func adder() func(int) int {
    sum := 0
    return func(x int) int {
       sum += x
       return sum
    }
}

func main() {
    pos := adder()
    for i := 0; i < 10; i++ {
       fmt.Println(
          pos(i),
       )
    }
}

//OUTPUT
//0
//1
//3
//6
//10
//15
//21
//28
//36
//45

上例中，adder函数返回一个闭包。在闭包内部，它引用了外部的变量sum。

闭包和匿名函数的区别

匿名函数是指在代码中没有明确命名的函数，闭包是一个函数值，它可以访问其词法环境中捕获的变量。匿名函数可以是闭包，也可以不是闭包。匿名函数引用了外部作用域中的变量，它就成为闭包。

func main() {
	x := 10

	// 匿名函数，不是闭包
	anonymousFunc := func() {
		fmt.Println("匿名函数：", x)
	}
	anonymousFunc()

	// 闭包
	closureFunc := func() {
		fmt.Println("闭包：", x)
	}
	closureFunc()
}

常见的应用场景

闭包在实际编程中具有广泛的应用。以下是几个常见的应用场景：

1. 保存状态: 通过捕获外部变量，闭包可以在函数调用之间保留状态信息，如迭代器
2. 函数工厂: 根据不同的配置参数来动态创建函数，
3. 回调函数：将一个函数作为参数传递给另一个函数，通过闭包，捕获一些上下文信息并执行该函数
4. 并发编程：可以安全地在多个goroutine中共享和修改变量，一种简洁的方式

保存状态 -- 迭代器

package main

import "fmt"

func Iterator(values []int) func() (int, bool) {
    index := 0

    return func() (int, bool) {
       if index >= len(values) {
          return 0, false
       }

       value := values[index]
       index++

       return value, true
    }
}

func main() {
    numbers := []int{1, 2, 3, 4, 5}
    iterate := Iterator(numbers)

    for {
       value, ok := iterate()
       if !ok {
          break
       }

       fmt.Println(value)
    }
} 

//OUTPUT:
//1
//2
//3
//4
//5 

上例中，index为闭包的共享状态。Iterator创建一个闭包函数，这个闭包函数用于迭代切片中的元素。其中，闭包每次执行，index会递增，直到循环结束。比如在很多开源框架的中间件中，会使用迭代器模式实现。

函数工厂

package main

import "fmt"

func FunctionFactory(operation string) func(int, int) int {
    switch operation {
    case "add":
       return func(a, b int) int {
          return a + b
       }
    case "subtract":
       return func(a, b int) int {
          return a - b
       }
    case "multiply":
       return func(a, b int) int {
          return a * b
       }
    case "divide":
       return func(a, b int) int {
          if b != 0 {
             return a / b
          }
          return 0
       }
    default:
       return nil
    }
}

func main() {
    addFunc := FunctionFactory("add")
    subtractFunc := FunctionFactory("subtract")
    multiplyFunc := FunctionFactory("multiply")
    divideFunc := FunctionFactory("divide")

    fmt.Println(addFunc(5, 3))       
    fmt.Println(subtractFunc(10, 2)) 
    fmt.Println(multiplyFunc(4, 5))  
    fmt.Println(divideFunc(10, 2))   
    fmt.Println(divideFunc(10, 0))   
}
//OUTPUT:
8
8 
20
5 
0 

上例中，FunctionFactory分别提供加法、减法、乘法和除法的闭包函数，并封装为函数工厂，使得函数的创建更加灵活和可定制。

回调函数

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func PerformOperationAsync(input int, callback func(int)) {
    go func() {
       time.Sleep(2 * time.Second)
       result := input * 2
       callback(result)
    }()
}

func main() {
    callback := func(result int) {
       fmt.Println("操作结果：", result)
    }
    PerformOperationAsync(5, callback)
    time.Sleep(3 * time.Second)
}

//OUTPUT
//操作结果：10

上例中，使用匿名函数创建了一个闭包callback，即回调函数。在执行异步操作时，它会将计算结果result传递给回调函数。比如，我们需要等待某个长时间的操作或者某个事件触发之后的场景。

并发编程

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)

func ConcurrentTask(tasks []func() int) []int {
    results := make([]int, len(tasks))
    wg := sync.WaitGroup{}

    for i, task := range tasks {
       wg.Add(1)
       go func(i int, task func() int) {
          defer wg.Done()
          results[i] = task()
       }(i, task)
    }

    wg.Wait()

    return results
}

func main() {
    tasks := []func() int{
       func() int {
          time.Sleep(2 * time.Second)
          return 1
       },
       func() int {
          time.Sleep(1 * time.Second)
          return 2
       },
       func() int {
          time.Sleep(3 * time.Second)
          return 3
       },
    }

    results := ConcurrentTask(tasks)
    fmt.Println(results) // 输出：[1 2 3]
} 

//OUTPUT
//[1 2 3]

上例中，for循环为每个任务创建一个匿名函数。这些匿名函数使用闭包来捕获循环变量i和任务函数task。在每个匿名函数内部，我们调用任务函数，并将结果存储在相应的位置。

总结

本文主要学习记录Go语言中一个强大、极具表现力的特性：闭包。包括闭包的基础概念，和匿名函数的区别，以及一些常见的编程场景。闭包因为其灵活性，可塑性强，在开源库里广泛运用，对提升代码的可维护性、拓展性上有比较大的帮助。

参考