.NET：C# 如何实现的闭包？

背景

C# 在编译器层面为我们提供了闭包机制（Java7 和 Go 也是这种思路），本文简单的做个解释。

背景知识

你必须了解：引用类型、值类型、引用、对象、值类型的值（简称值）。

关于引用、对象和值在内存的分配有如下几点规则：

• 对象分配在堆中。
• 作为字段的引用分配在堆中(内嵌在对象中)。
• 作为局部变量（参数也是局部变量）的引用分配在栈中。
• 作为字段的值分配在堆中(内嵌在对象中)。
• 作为局部变量（参数也是局部变量）的值用分配在栈中。
• 局部变量只能存活于所在的作用域（方法中的大括号确定了作用域的长短）。

注：按值传递和按引用传递也是需要掌握的知识点，C# 默认是按值传递的。

闭包示例

测试代码

        private static void Before()
        {
            Action[] actions = new Action[10];

            for (var i = 0; i < actions.Length; i++)
            {
                actions[i] = () =>
                {
                    Console.WriteLine(i);
                };
            }

            foreach (var item in actions)
            {
                item();
            }
        }

输出结果

编译器帮我们做了是什么？

编译器帮我们生成的代码（我自己写的，可以使用 Reflector 工具自己查看）

        private static void After()
        {
            Action[] actions = new Action[10];

            var anonymous = new AnonymousClass();

            for (anonymous.i = 0; anonymous.i < actions.Length; anonymous.i++)
            {
                actions[anonymous.i ] = anonymous.Action;
            }

            foreach (var item in actions)
            {
                item();
            }
        }

        class AnonymousClass
        {
            public int i;

            public void Action()
            {
                Console.WriteLine(this.i);
            }
        }

如何修复上面的问题？

上面的例子不是我们期望的输出，让我们给出两种修改方案：

第一种（借鉴JS）

        private static void Fix()
        {
            Action[] actions = new Action[10];

            for (var i = 0; i < actions.Length; i++)
            {
                new Action<int>((j) =>
                {
                    actions[i] = () =>
                    {
                        Console.WriteLine(j);
                    };
                })(i);
            }

            foreach (var item in actions)
            {
                item();
            }
        }

第二种

        public static void Fix2()
        {
            Action[] actions = new Action[10];

            for (var i = 0; i < actions.Length; i++)
            {
                var j = i;
                
                actions[i] = () =>
                {
                    Console.WriteLine(j);
                };
            }

            foreach (var item in actions)
            {
                item();
            }
        }

分析

编译器将闭包引用的局部变量转换为匿名类型的字段，导致了局部变量分配在堆中。

备注

C# 编译器帮我们做了非常多的工作，如：自动属性、类型推断、匿名类型、匿名委托、Lamda 表达式、析构方法、await 和 sync、using、对象初始化表达式、lock、默认参数 等等，这些统称为“语法糖”。