闭包是什么， C++和Rust的视角

闭包(closure)，写过一段时间代码的人都会遇到。因为现在语言基本都有闭包这个概念的，可能叫法不一样，有的叫闭包，如JavaScript，Rust，有的叫lambda, 如Python，C++， Java。

闭包是什么

闭包就是——一个函数捕捉到了它创建时候的上下文（比如局部变量），当它被调用的时候，它使用到的那些上下文的变量仍然存在着。一个JavaScript例子更能直观的阐述什么是闭包

function NormalFunction() {
  let variableInContext = "I'm ";
  const closure = function (para) {
    console.log(variableInContext);
    console.log(para);
  };
  closure(3);
  variableInContext = "you are";
  closure(4);
  return closure;
}

const ret = NormalFunction();
ret(5);

打开浏览器的developer tool，敲入上面的代码，输出是

I'm 
3
you are
4
you are
5

根据输出，我们可以看到闭包closure在创建的时候，将它的上下文变量 variableInContext给捕获到了，然后我们在调用这个闭包closure(3), closure(4),的时候，这个variableInContext就会被闭包访问，这里是打印到控制台。最后这个闭包closure也被返回给NormalFunction的调用并存储在ret里面。而ret(5)就是再次调用这个闭包。

如果细心的读者会发现输出，一开始i'm，后面是you are，因为被捕获的上下文变量在中间被修改了。而JavaScript是引用为主的，所以我们捕获的变量和上下文的变量是同一个值。

在C++，闭包，也就是labmda的写法是

std::string variableInContext = "i'm";
auto closure = [&] (auto para) {
  std::cout<< variableInContext <<"\n";;
  std::cout<<para<<std::endl;
  };

一个包含更多内容的例子

这个图片来源于Lambda Expressions in C++。感兴趣可以阅读链接获取更多内容。看起来似乎信息量太多，难以记忆。实际上，你写过几回，就会知道和记得如何写了。因为它的结构比较简单，见下图

闭包的作用

我们为什么要使用闭包呢？不同的语言作用不完全一样，但一些共同的目的是

1. 要写一个函数，但是太短了，懒得给一个名字给它（这也就是有时闭包叫匿名函数）。比如函数接受回调函数。
2. 在当前上下文要做一些处理，但是还没到处理的时候，就先定义，等合适的时候再调用。比如scope guard（更多信息请看RAII:如何编写没有内存泄漏的代码 with C++）。
3. （欢迎补充）

这些目的，能有其他替代方案吗？实际上你写一个有名字的函数，肯定是可以工作的，而且有些人更喜欢有名字的函数。只不过在这些场景下，闭包更顺手（在你学会以后）。

到这里，闭包的主要内容就结束了。剩下的多写写代码，顺便查一查就可以搞定了。

C++与Rust的闭包

各个语言都有闭包，但是C++和Rust的闭包还是有其特殊之处，这是由这两门语言要解决的特定问题和思考模型决定的。如果对Rust不熟悉，可以移步阅读Rust那些难理解的点(更新于5月17日）。如果也对C++不熟悉，那么下面可以跳过了，因为不是每个程序员都要熟悉每门编程语言。

C++/Rust的闭包的特殊在于

捕获分引用捕获和值捕获，引用捕获就是跟JavaScript的一样，它们指代同一个内容。值捕获就是用捕获的值初始化一个新的变量，但是具有同样的名字。比如下面的捕获对比

auto i = 4;
auto ClosureByValue = [=]() { std::cout<<i<<std::endl};
auto ClosureByReference = [&] { std::cout<<i<<std::endl;};
i = 5;
ClosureByValue();
ClosureByReference();

输出是4, 5。所以值捕获（ClosureByValue）是拷贝了一份i，而引用捕获（ClosureByReference）是同一个内容i。

而Rust还有一点特殊的地方是，闭包同样具有Fn, FnMut, FnOnce这三个trait。这源于Rust对于变量有三种约定：只可以读，可以修改，转移ownership。

更多内容请看爬树贼溜的小松鼠：Rust那些难理解的点(更新于5月17日）