编码技巧 --- 谨防闭包陷阱

引言

先不论什么是闭包，什么是闭包陷阱，我们开篇先看一段代码：

static void Main(string[] args)
{
    List<Action> lists = new List<Action>();

    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        Action action = () => { Console.WriteLine(i); };

        lists.Add(action);
    }

    foreach (var action in lists)
    {
        action();
    }

    Console.ReadLine();
}

那么思考一下，控制台输出是什么？

闭包陷阱

上述代码的本意是想让 Action声明的匿名委托方法接收 i 的值，并输出

0
1
2
3
4

但实际上，上述代码输出的是

5
5
5
5
5

为什么会这样？就需要提到两个个概念，「变量作用域」和「闭包」。

「变量作用域就不说了，就是指变量可以被访问的范围。例如全局变量，局部变量等」。

「闭包：简单点说，就是函数和其引用的上下文的组合体，就是一个闭包。」，例如上文代码中，for 循环内部，匿名方法内引用了变量 i ，那么变量 i 和匿名方法 () => { Console.WriteLine(i); } 就组合成了一个闭包，在 for 循环中，变量 i 就是一个局部变量，但是在闭包中，变量 i 对于匿名方法来说就是全局变量。相当于这样：

int i;

public void AnonymousMethod()
{
    Console.WriteLine(i);
}

所以，当 for 循环结束时，在闭包内的全局变量 i 的值就已经变成了5。则下面 foreach 代码每次执行输出均为5。

根据IL探究原理

实际上，编译器在执行的时候，也确实为闭包生成了一个类，这个类只包含了一个方法和一个全局变量。

来验证一下，将上述代码编译为dll后，通过ILDasm.exe工具查看生成的IL代码

image.png

可以看到IL为闭包生成了一个类 <>c_DisplayClass0_0 ,这个类只包含了一个变量 i，如下：

image.png

还包含了一个匿名方法<Main>b_0:void，从IL中，也可以看出，先取 <>c_DisplayClass0_0 的变量 i ，再调用控制台输出方法。如下：

image.png

接下来，在看一下整个控制台程序 Main 方法的IL代码：

image.png

在IL_0007行，可以看到，声明创建一个 Action 后就紧接着创建了一个 <>c_DisplayClass0_0 对象。且 for 循环的变量 i 就是 <>c_DisplayClass0_0 对象的变量 i （注意这里指的是引用，并不是值），这样，在循环结束的时候，对象的变量 i 就变成了5。

这样就可以解释为什么输出会是5了。

需要注意的是，Action action = () => { Console.WriteLine(i); };这句代码只是声明了一个委托，委托绑定的是一个匿名方法，并没有真正执行，只有调用该委托的时候才真正执行。比如 action() 或 action.Invoke()。

如何避免闭包陷阱

在上面的探究原理的过程中，其实也发现了追根究底的问题其实就是，在创建闭包对象的时候，引用的局部变量，在外部被修改（比如上面代码中的for 循环的变量 i 就是闭包对象的变量 i，指的是指针是同一个），那么可以在创建闭包对象的时候，重新创建一个指针对象，将预期值赋值给它就可以了，比如上面的示例代码可以这样修改：

static void Main(string[] args)
{
    List<Action> lists = new List<Action>();

    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        int temp = i;
        Action action = () => { Console.WriteLine(temp); };
        lists.Add(action);
    }

    foreach (var action in lists)
    {
        action();
    }

    Console.ReadLine();
}

这样，闭包对象的变量就不再是 for 循环的 i 了，也就不会再被修改。输出结果为：

0
1
2
3
4