一道 Go 闭包题，面试官说原来自己答错了：面别人也涨知识
大家好，我是站长 polarisxu。
通常，JS 面试，闭包应该是必考的题目。随着越来越多的语言对函数式范式的支持，闭包问题经常出现。在 Go 语言中也是如此。
本文从一道题引出 Go 中的闭包。这是 Go 语言爱好者周刊第 90 期的一道题目。以下代码输出什么？
package main
import "fmt"
func app() func(string) string {
t := "Hi"
c := func(b string) string {
t = t + " " + b
return t
}
return c
}
func main() {
a := app()
b := app()
a("go")
fmt.Println(b("All"))
}
这道题目答对的人蛮多的：60%。不管你是答对还是答错，如果最后再加一行代码：fmt.Println(a("All"))，它输出什么？想看看你是不是蒙对了。（提示：你可以输出 t 的地址，看看是什么情况。）
01 什么是闭包
维基百科对闭包的定义 ：
在计算机科学中，闭包（英语：Closure），又称词法闭包（Lexical Closure）或函数闭包（function closures），是在支持头等函数的编程语言中实现词法绑定的一种技术。闭包在实现上是一个结构体，它存储了一个函数（通常是其入口地址）和一个关联的环境（相当于一个符号查找表）。环境里是若干对符号和值的对应关系，它既要包括约束变量（该函数内部绑定的符号），也要包括自由变量（在函数外部定义但在函数内被引用），有些函数也可能没有自由变量。闭包跟函数最大的不同在于，当捕捉闭包的时候，它的自由变量会在捕捉时被确定，这样即便脱离了捕捉时的上下文，它也能照常运行。捕捉时对于值的处理可以是值拷贝，也可以是名称引用，这通常由语言设计者决定，也可能由用户自行指定（如 C++）。
关于（函数）闭包，有几个关键点：
- 函数是一等公民；
- 闭包所处环境，可以引用环境里的值；
问到什么是闭包时，网上一般这么回答的：
在支持函数是一等公民的语言中，一个函数的返回值是另一个函数，被返回的函数可以访问父函数内的变量，当这个被返回的函数在外部执行时，就产生了闭包。
所以，上面题目中，函数 app 的返回值是另一个函数，因此产生了闭包。
02 Go 中的闭包
Go 中的函数是一等公民，之前写过一篇文章：函数是一等公民，这到底在说什么？
日常开发中，闭包是很常见的。举几个例子。
标准库
在 net/http 包中的函数 ProxyURL，实现如下：
// ProxyURL returns a proxy function (for use in a Transport)
// that always returns the same URL.
func ProxyURL(fixedURL *url.URL) func(*Request) (*url.URL, error) {
return func(*Request) (*url.URL, error) {
return fixedURL, nil
}
}
它的返回值是另一个函数，签名是：
func(*Request) (*url.URL, error)
在返回的函数中，引用了父函数（ProxyURL）的参数 fixedURL，因此这是闭包。
Web 中间件
在 Web 开发中，中间件一般都会使用闭包。比如 Echo 框架中的一个中间件：
// BasicAuthWithConfig returns an BasicAuth middleware with config.
// See `BasicAuth()`.
func BasicAuthWithConfig(config BasicAuthConfig) echo.MiddlewareFunc {
// Defaults
if config.Validator == nil {
panic("echo: basic-auth middleware requires a validator function")
}
...
return func(next echo.HandlerFunc) echo.HandlerFunc {
return func(c echo.Context) error {
/// 省略很多代码
...
}
}
}
首先，echo.MiddlewareFunc 是一个函数：
type MiddlewareFunc func(HandlerFunc) HandlerFunc
而 echo.HandlerFunc 也是一个函数：
type HandlerFunc func(Context) error
所以，上面的函数嵌套了几层，是典型的闭包。
这是闭包吗？
在 Go 中不支持函数嵌套定义，函数内嵌套函数，必须通过匿名函数的形式。匿名函数在 Go 中是很常见的，比如开启一个 goroutine，通常通过匿名函数。
现在有一个问题，以下代码是闭包吗？
package main
import (
"fmt"
)
func main() {
a := 5
func() {
fmt.Println("a =", a)
}()
}
如果按照上面网上一般的回答，这不是闭包，因为并没有返回函数。但按照维基百科的定义，这个属于闭包。有没有其他证据呢？
在 Go 语言规范中，关于函数字面值（匿名函数）有这么一句话：
Function literals are closures: they may refer to variables defined in a surrounding function. Those variables are then shared between the surrounding function and the function literal, and they survive as long as they are accessible.
也就是说，函数字面值（匿名函数）是闭包，它们可以引用外层函数定义的变量。
此外，在官方 FAQ 中有这样的说明：
What happens with closures running as goroutines?
例子是：
func main() {
done := make(chan bool)
values := []string{"a", "b", "c"}
for _, v := range values {
go func() {
fmt.Println(v)
done <- true
}()
}
// wait for all goroutines to complete before exiting
for _ = range values {
<-done
}
}
这是 Go 中很常见的代码（很容易写错的），FAQ 称开启 goroutine 的那个匿名函数是一个闭包。
03 汇编看看实现
回到开始的题目，我们通过汇编看看，Go 闭包的实现，是不是按照维基百科说的，「闭包在实现上是一个结构体，它存储了一个函数（通常是其入口地址）和一个关联的环境（相当于一个符号查找表）」。
$ go tool compile -S main.go
看关键代码：
0x0000 00000 (main.go:5) TEXT "".app(SB), ABIInternal, $24-8
0x0000 00000 (main.go:5) MOVQ (TLS), CX
0x0009 00009 (main.go:5) CMPQ SP, 16(CX)
0x000d 00013 (main.go:5) PCDATA $0, $-2
0x000d 00013 (main.go:5) JLS 96
0x000f 00015 (main.go:5) PCDATA $0, $-1
0x000f 00015 (main.go:5) SUBQ $24, SP
0x0013 00019 (main.go:5) MOVQ BP, 16(SP)
0x0018 00024 (main.go:5) LEAQ 16(SP), BP
0x001d 00029 (main.go:5) FUNCDATA $0, gclocals·2a5305abe05176240e61b8620e19a815(SB)
0x001d 00029 (main.go:5) FUNCDATA $1, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
0x001d 00029 (main.go:7) LEAQ type.noalg.struct { F uintptr; "".t string }(SB), AX
0x0024 00036 (main.go:7) MOVQ AX, (SP)
0x0028 00040 (main.go:7) PCDATA $1, $0
0x0028 00040 (main.go:7) CALL runtime.newobject(SB)
0x002d 00045 (main.go:7) MOVQ 8(SP), AX
0x0032 00050 (main.go:7) LEAQ "".app.func1(SB), CX
0x0039 00057 (main.go:7) MOVQ CX, (AX)
0x003c 00060 (main.go:7) MOVQ $2, 16(AX)
0x0044 00068 (main.go:7) LEAQ go.string."Hi"(SB), CX
0x004b 00075 (main.go:7) MOVQ CX, 8(AX)
0x004f 00079 (main.go:10) MOVQ AX, "".~r0+32(SP)
0x0054 00084 (main.go:10) MOVQ 16(SP), BP
0x0059 00089 (main.go:10) ADDQ $24, SP
0x005d 00093 (main.go:10) RET
0x005e 00094 (main.go:10) NOP
其中 LEAQ type.noalg.struct { F uintptr; "".t string }(SB), AX 这行表明 Go 对闭包的实现和维基百科说的类似。
现在看看下面这种是不是这么实现的：
package main
import (
"fmt"
)
func main() {
a := 5
func() {
fmt.Println("a =", a)
}()
}
看看汇编
$ go tool compile -S test.go
"".main.func1 STEXT size=215 args=0x8 locals=0x50 funcid=0x0
0x0000 00000 (test.go:9) TEXT "".main.func1(SB), ABIInternal, $80-8
0x0000 00000 (test.go:9) MOVQ (TLS), CX
0x0009 00009 (test.go:9) CMPQ SP, 16(CX)
0x000d 00013 (test.go:9) PCDATA $0, $-2
0x000d 00013 (test.go:9) JLS 205
0x0013 00019 (test.go:9) PCDATA $0, $-1
0x0013 00019 (test.go:9) SUBQ $80, SP
0x0017 00023 (test.go:9) MOVQ BP, 72(SP)
0x001c 00028 (test.go:9) LEAQ 72(SP), BP
0x0021 00033 (test.go:9) FUNCDATA $0, gclocals·69c1753bd5f81501d95132d08af04464(SB)
0x0021 00033 (test.go:9) FUNCDATA $1, gclocals·9fb7f0986f647f17cb53dda1484e0f7a(SB)
0x0021 00033 (test.go:10) MOVQ "".a+88(SP), AX
0x0026 00038 (test.go:10) MOVQ AX, (SP)
0x002a 00042 (test.go:10) PCDATA $1, $0
0x002a 00042 (test.go:10) CALL runtime.convT64(SB)
0x002f 00047 (test.go:10) MOVQ 8(SP), AX
0x0034 00052 (test.go:10) MOVQ AX, ""..autotmp_21+64(SP)
0x0039 00057 (test.go:10) LEAQ type.[2]interface {}(SB), CX
0x0040 00064 (test.go:10) MOVQ CX, (SP)
0x0044 00068 (test.go:10) PCDATA $1, $1
0x0044 00068 (test.go:10) CALL runtime.newobject(SB)
0x0049 00073 (test.go:10) MOVQ 8(SP), AX
0x004e 00078 (test.go:10) LEAQ type.string(SB), CX
0x0055 00085 (test.go:10) MOVQ CX, (AX)
0x0058 00088 (test.go:10) LEAQ ""..stmp_1(SB), CX
0x005f 00095 (test.go:10) MOVQ CX, 8(AX)
0x0063 00099 (test.go:10) LEAQ type.int(SB), CX
0x006a 00106 (test.go:10) MOVQ CX, 16(AX)
0x006e 00110 (test.go:10) PCDATA $0, $-2
0x006e 00110 (test.go:10) CMPL runtime.writeBarrier(SB), $0
0x0075 00117 (test.go:10) JNE 189
0x0077 00119 (test.go:10) MOVQ ""..autotmp_21+64(SP), CX
0x007c 00124 (test.go:10) MOVQ CX, 24(AX)
0x0080 00128 (test.go:10) PCDATA $0, $-1
0x0080 00128 (test.go:10) PCDATA $1, $-1
发现并没有这样的结构体，可见 Go 对这种情况做了特殊处理，因为它不是重复使用的匿名函数。
04 总结
通过以上的讲解，对闭包应该有了更清晰的认识。如果面试中再被问到闭包，你可以这么回答：
对闭包来说，函数在该语言中得是一等公民。一般来说，一个函数返回另外一个函数，这个被返回的函数可以引用外层函数的局部变量，这形成了一个闭包。通常，闭包通过一个结构体来实现，它存储一个函数和一个关联的上下文环境。但 Go 语言中，匿名函数就是一个闭包，它可以直接引用外部函数的局部变量，因为 Go 规范和 FAQ 都这么说了。
面试官会不会被你惊到：原来如此，后一种说法我之前没有注意过。
4 月 14 日更新：
来自微信公众号 的读者 **gopher **留言：
noalg 代表不会生成 equal 和 hash 函数，因为闭包的 struct 是匿名的，不存在比较或者作为 key 的场景。 F uintptr 更准确的说应该是 .F uintptr，编译器生成的符号大部分都是.开头的。 “".t string 表示捕获了一个 string 类型的变量 t，而且是 by value 而不是 by reference，因为"We use value capturing for values <= 128 bytes that are never reassigned after capturing (effectively constant)."。 通过 (func)(*struct) 的类型转换，即可通过 .F 找到对应的函数。 题外话：closure 通过 struct 实现只是为了 GC 更友好，另外匿名 struct 是为了不同的 package 共用 struct 的可能性。
