C#中的闭包是怎么捕获变量的

简单来讲，闭包允许你将一些行为封装，将它像一个对象一样传来递去，而且它依然能够访问到原来***次声明时的上下文。这样可以使控制结构、逻辑操作等从调用细节中分离出来。访问原来上下文的能力是闭包区别一般对象的重要特征，尽管在实现上只是多了一些编译器技巧。

我们知道，在匿名方法或者lambda中，可以访问或者修改该匿的定义范围内的变量。例如：

 
 
 

  
  
  
int num = 1;   
  
  
  
Func incNum = () => ++num; 
 
 
 

其中lambda表达式使用了在其外部定义的变量num。我们可以认为该段lambda语句块构成了一个闭包，而这个闭包捕获了外部变量num。

好了，不说那么多让人看着难受的定义套话了。我们进入正题，看看在C#中变量是如何被捕获的。来看一个例子：

 
 
 

  
  
  
public Func CreateFunction()   
  
  
  
{   
  
  
  
String str = "我的幸运数字是";   
  
  
  
int num = 17;   
  
  
  
Func func = () => str + num;   
  
  
  
return func;   
  
  
  
} 
 
 
 

在这个例子中，定义了一个返回一个函数的方法CreateFunction。返回的函数构成了一个闭包，该闭包捕获了两个变量：String类型的str和int类型的num。

好了，我们现在可以这样使用这个函数了:

 
 
 

  
  
  
Func   
  
  
  
myFunc = CreateFunction();   
  
  
  
String result = myFunc();  
 
 
 

我们来分析一下这两行代码实际都干了什么。***行很容易理解，我们把方法CreateFunction生成的匿名函数赋值给了委托myFunc。

第二行更好理解，我们执行了myFunc，并将返回结果赋值给了变量result。我们再深入思考一下：在执行myFunc的时候，会访问到在CreateFunction中定义两个变量str与num。

虽然这时CreateFunction的栈帧早就被销毁了，其内部定义的变量至今也“生死不明”了，但是因为我们知道这两个变量已经被闭包所捕获了，所以我们坚信这两个变量截至目前为止还是可以访问的！

对于str对象，鉴于它是一个引用类型，所以只要有存在某个“东西”一直保存着对它的引用，它就不会被销毁。这样我们完全不用担心在我们需要它时，编译器或运行时会告诉我们它被弄丢了。

然而对于num，情况就有些不同了。num是一个值类型。我们知道值类型是存活在栈上的，我们也知道它所存在的那个栈帧（也就是CreateFunction的帧）在CreateFunction执行完毕后就会被销毁，然后其上存在的任何值类型也会被一并的销毁，这其中当然包括我们所关注的变量num了。

那么，我们为什么还能安全的访问num呢？C#中的变量捕获机制究竟有什么神奇之处，可以让值类型拥有违反常规的生存周期呢？装箱！你可能会立刻想到，把每个值类型都装到一个对象里，我们就可以让这个值类型拥有和那个包裹它的对象相同的寿命了。

不过，这并不是C#实现者所选择的方式！C#并不会对每个需要捕获的值类型变量进行装箱操作，而是把所有捕获的变量统统放到同一个大“箱子”里——当编译器遇到需要变量捕获的情况时，它会默默地在后台构造一个类型，这个类型包含了每一个闭包所捕获的变量（包括值类型变量和引用类型变量）作为它的一个公有字段。这样，编译器就可以

维护那些在匿名函数或lambda表达式中出现的外部变量了。

更进一步，如果我们使用ILDASM工具查看CreateFunction方法的IL代码，我们会发现编译器压根就没有声明num和str变量。取而代之的是声明了一个类型名和实例名都及其难看的包装对象。这个玩意儿就是我们上面所说的那个被编译器默默生成，保存了所有捕获变量的引用的对象。

我们还可以看到，在CreateFunction方法，C#源代码内所有对str和num的操作，在IL中都被转换成了对包装对象的同名公有成员的操作。顺便说一句，就连我们构造的那个lambda表达式“() => str + num”现在都被编译器转换成了这个包装对象的一个方法！

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