为什么一个简单的闭包，C#要设计得如此巨大？
确实，在C中，闭包的实现比你初看时要复杂得多。这并不是因为它本身是一个多么“巨大”的概念，而是为了实现闭包所必须付出的底层代价。你可以把闭包想象成是一个“功能强大但需要额外包装”的工具。下面我们就来仔细拆解一下，为什么这个看起来简单的概念在C里会牵扯出这么多东西。
首先，什么是闭包？
最核心的定义是：闭包就是一个函数（或者方法），它能够“记住”并访问它被创建时所在作用域中的变量。即使这个函数在创建它的作用域之外被调用，它仍然可以访问并操作那些“外部”的变量。
举个最简单的例子：
```csharp
Func CreateCounter()
{
int count = 0; // 这是被捕获的变量
return () =>
{
count++; // 访问并修改捕获的变量
return count;
};
}
var counter = CreateCounter();
Console.WriteLine(counter()); // 输出 1
Console.WriteLine(counter()); // 输出 2
```
在这个例子中，那个返回的匿名函数 `() => { count++; return count; }` 就是一个闭包。它“捕获”了 `CreateCounter` 方法内部的 `count` 变量。即使 `CreateCounter` 方法已经执行完毕返回了，这个匿名函数仍然能够访问 `count` 的值，并且还能修改它。
那么，C 为什么需要这些“额外包装”呢？
主要原因在于，C 是一个面向对象的语言，并且它的内存管理是基于垃圾回收的。而闭包的生命周期和其所在的作用域生命周期是脱钩的。当外部函数执行完毕，其栈上的局部变量理论上应该被销毁，但闭包却需要继续持有这些变量。这就产生了一个关键的问题：如何管理这些被闭包引用的变量的生命周期？
为了解决这个问题，C 编译器和运行时做了以下几件事，这些构成了闭包“巨大”感的主要来源：
1. 生成一个隐藏的类（Compilergenerated class）：
当编译器遇到一个闭包时，它不会直接把被捕获的变量塞到函数里（这在很多托管语言中是不可能的，因为变量的生命周期与方法栈绑定）。相反，编译器会自动生成一个匿名的类来存放那些被闭包捕获的变量。
你可以这样理解：原始的 `CreateCounter` 方法，在被编译器处理闭包后，可能会变成类似下面这个样子（这只是一个概念性的模拟，实际生成的类名更复杂）：
```csharp
// 编译器自动生成的类
internal sealed class _Closure_CreateCounter_Count
{
public int count; // 被捕获的变量
}
// 模拟修改后的 CreateCounter 方法
// Func CreateCounter()
// {
// _Closure_CreateCounter_Count closure = new _Closure_CreateCounter_Count();
// closure.count = 0;
// // 返回的匿名函数实际上是这个匿名类的实例方法
// return () =>
// {
// closure.count++;
// return closure.count;
// };
// }
```
请注意，编译器生成的类名通常非常难读，并且带有各种标识符，以确保唯一性。
2. 将变量移到堆上（Boxing/Allocation on the Heap）：
因为闭包的生命周期可能比生成它的方法栈长，所以被捕获的局部变量不能继续留在栈上（栈上的变量在方法返回后就会被销毁）。编译器会将这些变量“移”到堆上，并且存放在上面提到的那个编译器生成的匿名类实例中。
这意味着，一旦有变量被闭包捕获，它就会被分配到堆内存中。这比在栈上分配要稍微“昂贵”一些，因为它涉及到垃圾回收器的管理。
3. 创建闭包类的实例（Instantiating the Closure Class）：
当闭包被创建时（即调用 `CreateCounter` 方法并返回那个匿名函数时），编译器生成的匿名类的实例就会被创建。这个实例包含了所有被捕获的变量。这个返回的“函数”实际上就是这个匿名类的一个实例，它通过访问自身的字段（即被捕获的变量）来实现闭包的行为。
4. 封装逻辑（Encapsulating Logic）：
那个 lambda 表达式 `() => { count++; return count; }` 本身也需要被表示出来。在 C 中，lambda 表达式最终会被编译成一个委托（`Func` 在这里）。而这个委托的实例，在访问被捕获变量时，它引用的就是那个编译器生成的闭包类实例。所以，一个闭包的返回，实际上是一个委托实例，而这个委托实例持有一个对闭包类实例的引用，闭包类实例则持有着被捕获的变量。
用更形象的比喻来说：
被捕获的变量（`count`）： 就好像是你写在纸上的一个数字。
编译器生成的类（`_Closure_CreateCounter_Count`）： 就好像是把这张纸放进了一个信封，这个信封被标记了它的来源。
闭包的实例（匿名委托 `Func`）： 就好像是这个信封的地址。当你想看这个数字时，你不是直接拿到数字，而是拿到信封的地址，然后通过地址找到信封，再从信封里拿出纸来看数字。
这个过程听起来确实比直接使用变量要多一步，甚至多几步。
为什么不能更“简单”？
与托管环境的契合： C 运行在 .NET 运行时上，依赖于垃圾回收。为了让闭包能够安全地管理其捕获变量的生命周期，绕过栈的限制是必须的。直接在栈上实现一个能够跨方法调用的“记住”变量的机制，会极大地破坏栈的正常工作方式和内存安全。
安全性与一致性： 这种编译器生成类的方式，保证了被捕获变量的生命周期是正确的。无论闭包何时被调用，它总能访问到正确的变量值，而不是因为方法栈已销毁而导致内存访问错误。这维护了语言的安全性。
灵活性： 这种设计也使得闭包非常灵活。它可以捕获任意数量的变量，可以捕获值类型和引用类型，并且在捕获后这些变量的行为保持一致。
与委托的结合： 在 C 中，函数式编程的许多特性（如 LINQ）都依赖于委托。闭包自然地与委托结合，使得你可以传递一段带有上下文的代码块。
总结一下闭包“巨大”感的来源：
1. 内存分配： 被捕获的变量被移到堆上，需要额外的内存分配。
2. 对象创建： 编译器会生成一个额外的类，并在运行时创建该类的实例来存储被捕获的变量。
3. 引用链： 闭包（委托）会持有对这个额外对象的引用。
4. 编译时工作： 编译器需要做额外的分析和代码生成工作。
所以，虽然闭包在概念上很简单——“记住变量的函数”——但在 C 这个需要管理内存、拥有面向对象结构和垃圾回收的托管环境中实现它，确实需要一系列的底层机制来支持，这些机制的累积就使得闭包的“实现”看起来比它的概念要“庞大”许多。这是一种为了健壮性、安全性和灵活性所付出的合理代价。
首先，什么是闭包？
最核心的定义是：闭包就是一个函数（或者方法），它能够“记住”并访问它被创建时所在作用域中的变量。即使这个函数在创建它的作用域之外被调用，它仍然可以访问并操作那些“外部”的变量。
举个最简单的例子：
```csharp
Func
{
int count = 0; // 这是被捕获的变量
return () =>
{
count++; // 访问并修改捕获的变量
return count;
};
}
var counter = CreateCounter();
Console.WriteLine(counter()); // 输出 1
Console.WriteLine(counter()); // 输出 2
```
在这个例子中，那个返回的匿名函数 `() => { count++; return count; }` 就是一个闭包。它“捕获”了 `CreateCounter` 方法内部的 `count` 变量。即使 `CreateCounter` 方法已经执行完毕返回了，这个匿名函数仍然能够访问 `count` 的值，并且还能修改它。
那么，C 为什么需要这些“额外包装”呢？
主要原因在于，C 是一个面向对象的语言，并且它的内存管理是基于垃圾回收的。而闭包的生命周期和其所在的作用域生命周期是脱钩的。当外部函数执行完毕，其栈上的局部变量理论上应该被销毁，但闭包却需要继续持有这些变量。这就产生了一个关键的问题：如何管理这些被闭包引用的变量的生命周期？
为了解决这个问题，C 编译器和运行时做了以下几件事，这些构成了闭包“巨大”感的主要来源：
1. 生成一个隐藏的类（Compilergenerated class）：
当编译器遇到一个闭包时，它不会直接把被捕获的变量塞到函数里（这在很多托管语言中是不可能的，因为变量的生命周期与方法栈绑定）。相反，编译器会自动生成一个匿名的类来存放那些被闭包捕获的变量。
你可以这样理解：原始的 `CreateCounter` 方法，在被编译器处理闭包后，可能会变成类似下面这个样子（这只是一个概念性的模拟，实际生成的类名更复杂）：
```csharp
// 编译器自动生成的类
internal sealed class _Closure_CreateCounter_Count
{
public int count; // 被捕获的变量
}
// 模拟修改后的 CreateCounter 方法
// Func
// {
// _Closure_CreateCounter_Count closure = new _Closure_CreateCounter_Count();
// closure.count = 0;
// // 返回的匿名函数实际上是这个匿名类的实例方法
// return () =>
// {
// closure.count++;
// return closure.count;
// };
// }
```
请注意，编译器生成的类名通常非常难读，并且带有各种标识符，以确保唯一性。
2. 将变量移到堆上（Boxing/Allocation on the Heap）：
因为闭包的生命周期可能比生成它的方法栈长，所以被捕获的局部变量不能继续留在栈上（栈上的变量在方法返回后就会被销毁）。编译器会将这些变量“移”到堆上，并且存放在上面提到的那个编译器生成的匿名类实例中。
这意味着，一旦有变量被闭包捕获，它就会被分配到堆内存中。这比在栈上分配要稍微“昂贵”一些，因为它涉及到垃圾回收器的管理。
3. 创建闭包类的实例（Instantiating the Closure Class）：
当闭包被创建时（即调用 `CreateCounter` 方法并返回那个匿名函数时），编译器生成的匿名类的实例就会被创建。这个实例包含了所有被捕获的变量。这个返回的“函数”实际上就是这个匿名类的一个实例，它通过访问自身的字段（即被捕获的变量）来实现闭包的行为。
4. 封装逻辑（Encapsulating Logic）：
那个 lambda 表达式 `() => { count++; return count; }` 本身也需要被表示出来。在 C 中，lambda 表达式最终会被编译成一个委托（`Func
用更形象的比喻来说：
被捕获的变量（`count`）： 就好像是你写在纸上的一个数字。
编译器生成的类（`_Closure_CreateCounter_Count`）： 就好像是把这张纸放进了一个信封，这个信封被标记了它的来源。
闭包的实例（匿名委托 `Func
这个过程听起来确实比直接使用变量要多一步，甚至多几步。
为什么不能更“简单”？
与托管环境的契合： C 运行在 .NET 运行时上，依赖于垃圾回收。为了让闭包能够安全地管理其捕获变量的生命周期，绕过栈的限制是必须的。直接在栈上实现一个能够跨方法调用的“记住”变量的机制，会极大地破坏栈的正常工作方式和内存安全。
安全性与一致性： 这种编译器生成类的方式，保证了被捕获变量的生命周期是正确的。无论闭包何时被调用，它总能访问到正确的变量值，而不是因为方法栈已销毁而导致内存访问错误。这维护了语言的安全性。
灵活性： 这种设计也使得闭包非常灵活。它可以捕获任意数量的变量，可以捕获值类型和引用类型，并且在捕获后这些变量的行为保持一致。
与委托的结合： 在 C 中，函数式编程的许多特性（如 LINQ）都依赖于委托。闭包自然地与委托结合，使得你可以传递一段带有上下文的代码块。
总结一下闭包“巨大”感的来源：
1. 内存分配： 被捕获的变量被移到堆上，需要额外的内存分配。
2. 对象创建： 编译器会生成一个额外的类，并在运行时创建该类的实例来存储被捕获的变量。
3. 引用链： 闭包（委托）会持有对这个额外对象的引用。
4. 编译时工作： 编译器需要做额外的分析和代码生成工作。
所以，虽然闭包在概念上很简单——“记住变量的函数”——但在 C 这个需要管理内存、拥有面向对象结构和垃圾回收的托管环境中实现它，确实需要一系列的底层机制来支持，这些机制的累积就使得闭包的“实现”看起来比它的概念要“庞大”许多。这是一种为了健壮性、安全性和灵活性所付出的合理代价。
网友意见
1、这和闭包有什么关系？
2、你说哪个家伙大？
3、MulticastDelegate的确是个设计失误，但跟你说的没啥关系……
7年没写C#了
没记错的话，C#的delegate有点类似qt里面的slot的东西吧。。。
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