C#的Lambda表达式捕获变量疑问？
好的，我们来聊聊 C Lambda 表达式中捕获变量这回事。这玩意儿听上去挺玄乎，但理解了其实挺实在的，关键在于搞清楚 lambda 表达式到底是怎么“看到”和“使用”它外部的变量的。
想象一下，你有一个方法，里面声明了一个变量，比如 `int count = 0;`。然后，你在这个方法内部写了一个 Lambda 表达式，而这个 Lambda 表达式恰好需要用到 `count` 这个变量。这不就是 lambda“捕获”了 `count` 吗？
它不是复制，而是引用
最关键的一点是，Lambda 表达式捕获的变量，不是把变量的值“复制”一份给 lambda 表达式，而是直接引用了变量本身。这就像你在街上看到一个人，你想记住他，你不是把这个人“复制”一份到你脑子里，而是你记住了“他这个人”。当你之后想找到他的时候，你脑子里那个“他这个人”的信息，会直接指向真实的那个他。
所以，当你用 Lambda 表达式修改捕获的变量时，你改变的其实是原始变量。
举个例子（我们不用列表，就直接说）：
```csharp
int initialValue = 10;
// 创建一个 Lambda 表达式，它会访问 initialValue
Func incrementer = x => x + initialValue;
// 调用 Lambda 表达式
int result = incrementer(5); // result 是 15
// 看，Lambda 表达式改变了 initialValue 吗？
// 严格来说，上面这个例子是 Lambda 表达式 读取 initialValue，
// 并没有修改它。
// 让我们看看修改的例子：
int counter = 0;
// 创建一个 Lambda 表达式，它会修改 counter
Action incrementAction = () => { counter++; };
// 调用 Lambda 表达式
incrementAction();
incrementAction();
// 现在，counter 的值是多少？
// 答案是 2。
// 为什么？
// 因为 incrementAction 这个 Lambda 表达式，它捕获了外部的 'counter' 变量。
// 它捕获的不是 counter 的值（0），而是 counter 这个“变量本身”。
// 当 lambda 内部执行 counter++ 时，它实际上是在操作那个外部的 'counter'。
```
生命周期与闭包
这里就引出了一个更深层的东西，叫做“闭包”（Closure）。当一个 Lambda 表达式“捕获”了它定义范围之外的变量，并且这个 Lambda 表达式的生命周期有可能超过它定义所在方法的生命周期时，就形成了闭包。
想想你把这个 Lambda 表达式传递给另一个地方，比如作为一个委托（Delegate）传递给另一个线程去执行，或者存储在一个集合里稍后执行。如果 lambda 只是简单地复制了局部变量的值，那么当原方法执行完毕，局部变量消失后，lambda 拿到的值就不再有意义了。
但因为 Lambda 捕获的是变量的引用，所以即使原方法结束了，只要那个被捕获的变量（在 C 的实现机制下）没有被垃圾回收，Lambda 表达式就可以继续访问和修改它。
什么时候会捕获？
一个 Lambda 表达式，只要它在表达式体里引用了它自己定义范围之外的变量，就会发生捕获。
访问（读取）：`x => x + outerVariable`
修改（写入）：`() => { outerVariable++; }`
甚至创建（如果 lambda 内部访问了外部的某个对象的字段，那也算捕获了对那个对象的引用）：
```csharp
class MyClass { public int Value; }
MyClass obj = new MyClass { Value = 10 };
var lambda = () => obj.Value; // 捕获了 'obj' 这个对象的引用
```
注意点和潜在的坑
1. 循环中的捕获：这是最容易让人困惑的地方。在传统的 `for` 循环里，每次循环迭代的 `i` 变量，如果你在循环体里创建 Lambda 表达式来捕获 `i`，然后把这些 Lambda 表达式存起来，稍后一起执行，你可能会发现它们都用的是最后一次循环迭代的 `i` 值。
```csharp
List actions = new List();
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
// 错误的做法：每次循环都捕获同一个 'i' 变量
// actions.Add(() => Console.WriteLine(i));
}
// 如果你稍后执行 actions 中的 Action，你会发现输出都是 5
// for (int j = 0; j < 5; j++) { actions[j](); } // 错误！
// 正确的做法：在每次循环中引入一个新的变量副本
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
int capturedI = i; // 创建一个当前迭代的副本
actions.Add(() => Console.WriteLine(capturedI));
}
// 这次就没问题了
// for (int j = 0; j < 5; j++) { actions[j](); } // 正确！
```
为什么会这样？因为 `for` 循环里的 `i` 变量，在 C 的早期版本里，是同一个变量在整个循环中被复用。Lambda 表达式捕获的是这个同一个 `i` 变量的引用。当循环结束时，`i` 的值是 5。所以所有 Lambda 表达式引用到的 `i`，最后都是 5。
通过引入 `capturedI`，我们实际上是在每次循环迭代时，创建了一个新的、独立的变量，并将当前 `i` 的值赋给了它。Lambda 表达式捕获的是这个新的变量的引用，所以每个 Lambda 都有自己的 `i` 的值。
C 5 及以上版本对 `for` 循环做了优化：在 C 5 及之后的版本，`for` 循环的 `i` 变量在某种程度上已经行为像是每次迭代都有一个新变量，至少在 Lambda 捕获方面，直接捕获 `i` 是可以工作（或者说，表现得像有副本一样）。但为了代码的可移植性和清晰性，引入一个副本变量（如 `capturedI`）仍然是一种健壮的做法，尤其是在不确定你是在哪个 .NET 版本上运行时。
2. `foreach` 循环：`foreach` 循环的迭代变量，它的行为与 `for` 循环的 `i` 在捕获方面有所不同。`foreach` 的迭代变量在每次迭代时，其行为更像是每次都有一个新的变量。所以，直接在 `foreach` 循环体里捕获迭代变量通常是没问题的。
```csharp
List names = new List { "Alice", "Bob", "Charlie" };
List nameActions = new List();
foreach (string name in names)
{
// 在 foreach 中直接捕获 name 通常是安全的
nameActions.Add(() => Console.WriteLine("Hello, " + name));
}
foreach (var action in nameActions)
{
action();
}
// 输出：
// Hello, Alice
// Hello, Bob
// Hello, Charlie
```
3. `async` 方法中的捕获：当 Lambda 表达式在一个 `async` 方法中，并且捕获了外部变量时，这些捕获的变量可能会被封装到一个状态机（State Machine）中。如果 `async` 方法的执行跨越了多个状态（例如，等待一个耗时的操作），那么捕获的变量的生命周期就会被管理在这个状态机里。这使得 `async` 方法中的 Lambda 捕获变量的行为更加健壮，通常不需要额外的副本处理。
总结一下
Lambda 表达式的变量捕获，本质上是创建了一个闭包。它不是复制变量的值，而是持有对原始变量的引用。这意味着 Lambda 表达式可以读取和修改它所捕获的外部变量。
最常见的陷阱出现在传统的 `for` 循环中，因为 `for` 循环的迭代变量在早期版本中是共享的。为了避免这个问题，引入一个循环迭代变量的副本（如 `int capturedI = i;`）是解决办法。而 `foreach` 循环的迭代变量在捕获方面通常更友好。
理解了这一点，你就能更好地控制 Lambda 表达式的行为，避免一些难以捉摸的 bug，并写出更清晰、更强大的代码。
想象一下，你有一个方法，里面声明了一个变量，比如 `int count = 0;`。然后，你在这个方法内部写了一个 Lambda 表达式，而这个 Lambda 表达式恰好需要用到 `count` 这个变量。这不就是 lambda“捕获”了 `count` 吗？
它不是复制，而是引用
最关键的一点是，Lambda 表达式捕获的变量，不是把变量的值“复制”一份给 lambda 表达式，而是直接引用了变量本身。这就像你在街上看到一个人，你想记住他，你不是把这个人“复制”一份到你脑子里，而是你记住了“他这个人”。当你之后想找到他的时候，你脑子里那个“他这个人”的信息，会直接指向真实的那个他。
所以，当你用 Lambda 表达式修改捕获的变量时，你改变的其实是原始变量。
举个例子（我们不用列表，就直接说）：
```csharp
int initialValue = 10;
// 创建一个 Lambda 表达式，它会访问 initialValue
Func
// 调用 Lambda 表达式
int result = incrementer(5); // result 是 15
// 看，Lambda 表达式改变了 initialValue 吗？
// 严格来说，上面这个例子是 Lambda 表达式 读取 initialValue，
// 并没有修改它。
// 让我们看看修改的例子：
int counter = 0;
// 创建一个 Lambda 表达式，它会修改 counter
Action incrementAction = () => { counter++; };
// 调用 Lambda 表达式
incrementAction();
incrementAction();
// 现在，counter 的值是多少？
// 答案是 2。
// 为什么？
// 因为 incrementAction 这个 Lambda 表达式，它捕获了外部的 'counter' 变量。
// 它捕获的不是 counter 的值（0），而是 counter 这个“变量本身”。
// 当 lambda 内部执行 counter++ 时，它实际上是在操作那个外部的 'counter'。
```
生命周期与闭包
这里就引出了一个更深层的东西，叫做“闭包”（Closure）。当一个 Lambda 表达式“捕获”了它定义范围之外的变量，并且这个 Lambda 表达式的生命周期有可能超过它定义所在方法的生命周期时，就形成了闭包。
想想你把这个 Lambda 表达式传递给另一个地方，比如作为一个委托（Delegate）传递给另一个线程去执行，或者存储在一个集合里稍后执行。如果 lambda 只是简单地复制了局部变量的值，那么当原方法执行完毕，局部变量消失后，lambda 拿到的值就不再有意义了。
但因为 Lambda 捕获的是变量的引用，所以即使原方法结束了，只要那个被捕获的变量（在 C 的实现机制下）没有被垃圾回收，Lambda 表达式就可以继续访问和修改它。
什么时候会捕获？
一个 Lambda 表达式，只要它在表达式体里引用了它自己定义范围之外的变量，就会发生捕获。
访问（读取）：`x => x + outerVariable`
修改（写入）：`() => { outerVariable++; }`
甚至创建（如果 lambda 内部访问了外部的某个对象的字段，那也算捕获了对那个对象的引用）：
```csharp
class MyClass { public int Value; }
MyClass obj = new MyClass { Value = 10 };
var lambda = () => obj.Value; // 捕获了 'obj' 这个对象的引用
```
注意点和潜在的坑
1. 循环中的捕获：这是最容易让人困惑的地方。在传统的 `for` 循环里，每次循环迭代的 `i` 变量，如果你在循环体里创建 Lambda 表达式来捕获 `i`，然后把这些 Lambda 表达式存起来，稍后一起执行，你可能会发现它们都用的是最后一次循环迭代的 `i` 值。
```csharp
List
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
// 错误的做法：每次循环都捕获同一个 'i' 变量
// actions.Add(() => Console.WriteLine(i));
}
// 如果你稍后执行 actions 中的 Action，你会发现输出都是 5
// for (int j = 0; j < 5; j++) { actions[j](); } // 错误！
// 正确的做法：在每次循环中引入一个新的变量副本
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
int capturedI = i; // 创建一个当前迭代的副本
actions.Add(() => Console.WriteLine(capturedI));
}
// 这次就没问题了
// for (int j = 0; j < 5; j++) { actions[j](); } // 正确！
```
为什么会这样？因为 `for` 循环里的 `i` 变量，在 C 的早期版本里，是同一个变量在整个循环中被复用。Lambda 表达式捕获的是这个同一个 `i` 变量的引用。当循环结束时，`i` 的值是 5。所以所有 Lambda 表达式引用到的 `i`，最后都是 5。
通过引入 `capturedI`，我们实际上是在每次循环迭代时，创建了一个新的、独立的变量，并将当前 `i` 的值赋给了它。Lambda 表达式捕获的是这个新的变量的引用，所以每个 Lambda 都有自己的 `i` 的值。
C 5 及以上版本对 `for` 循环做了优化：在 C 5 及之后的版本，`for` 循环的 `i` 变量在某种程度上已经行为像是每次迭代都有一个新变量，至少在 Lambda 捕获方面，直接捕获 `i` 是可以工作（或者说，表现得像有副本一样）。但为了代码的可移植性和清晰性，引入一个副本变量（如 `capturedI`）仍然是一种健壮的做法，尤其是在不确定你是在哪个 .NET 版本上运行时。
2. `foreach` 循环：`foreach` 循环的迭代变量，它的行为与 `for` 循环的 `i` 在捕获方面有所不同。`foreach` 的迭代变量在每次迭代时，其行为更像是每次都有一个新的变量。所以，直接在 `foreach` 循环体里捕获迭代变量通常是没问题的。
```csharp
List
List
foreach (string name in names)
{
// 在 foreach 中直接捕获 name 通常是安全的
nameActions.Add(() => Console.WriteLine("Hello, " + name));
}
foreach (var action in nameActions)
{
action();
}
// 输出：
// Hello, Alice
// Hello, Bob
// Hello, Charlie
```
3. `async` 方法中的捕获：当 Lambda 表达式在一个 `async` 方法中，并且捕获了外部变量时，这些捕获的变量可能会被封装到一个状态机（State Machine）中。如果 `async` 方法的执行跨越了多个状态（例如，等待一个耗时的操作），那么捕获的变量的生命周期就会被管理在这个状态机里。这使得 `async` 方法中的 Lambda 捕获变量的行为更加健壮，通常不需要额外的副本处理。
总结一下
Lambda 表达式的变量捕获，本质上是创建了一个闭包。它不是复制变量的值，而是持有对原始变量的引用。这意味着 Lambda 表达式可以读取和修改它所捕获的外部变量。
最常见的陷阱出现在传统的 `for` 循环中，因为 `for` 循环的迭代变量在早期版本中是共享的。为了避免这个问题，引入一个循环迭代变量的副本（如 `int capturedI = i;`）是解决办法。而 `foreach` 循环的迭代变量在捕获方面通常更友好。
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