C# 委托和闭包

前言

本文只是为了复习，巩固，和方便查阅，一些知识点的详细知识会通过相关链接和文献标记出来。

委托是什么

大部分的解释是 委托是一个对方法的引用，可以不用自己执行，而是转交给其他对象。就好比每天都有一个黄毛旅行者，给npc做委托任务一样，npc并不是自己去做任务。

于是我们可以有以下代码，delegate就是声明一个委托，它的作用是调用sum方法

// See https://aka.ms/new-console-template for more information

using System.Diagnostics.CodeAnalysis;
using System.Threading.Channels;

Foo foo = sum;
Console.Write(foo(1, 2));

static int sum(int a, int b) => a + b;

static int minus(int a, int b) => a - b;

internal delegate int Foo(int a, int b);

可能我们还见过其他写法，比如 Func和 Action，他们的区别在下面的代码里面有所展示，Func存在返回值，Action是void

Func<int, int, int> func = Sum;

Action ac = OutPut;

func.Invoke(1, 2);

static void OutPut()
{
    Console.WriteLine("action");
}

如果反编译其中的实现，一眼顶针~

namespace System
{
  /// <summary>Encapsulates a method that has two parameters and returns a value of the type specified by the <typeparamref name="TResult" /> parameter.</summary>
  /// <param name="arg1">The first parameter of the method that this delegate encapsulates.</param>
  /// <param name="arg2">The second parameter of the method that this delegate encapsulates.</param>
  /// <typeparam name="T1">The type of the first parameter of the method that this delegate encapsulates.</typeparam>
  /// <typeparam name="T2">The type of the second parameter of the method that this delegate encapsulates.</typeparam>
  /// <typeparam name="TResult">The type of the return value of the method that this delegate encapsulates.</typeparam>
  /// <returns>The return value of the method that this delegate encapsulates.</returns>
  public delegate TResult Func<in T1, in T2, out TResult>(T1 arg1, T2 arg2);
}

public delegate void Action();

委托内部是什么

如果细心的话，会从 Func发现一点线索 Invoke，我们把最开始的代码变为IL看看，嗯，也是存在 Foo::Invoke

  // [7 1 - 7 26]
    IL_000d: ldloc.0      // foo
    IL_000e: ldc.i4.1
    IL_000f: ldc.i4.2
    IL_0010: callvirt     instance int32 Foo::Invoke(int32, int32)
    IL_0015: call         void [System.Console]System.Console::Write(int32)
    IL_001a: nop
    IL_001b: nop
    IL_001c: nop
    IL_001d: ret

把Foo在完整的展示出来，可以知道，它是由MulticastDelegate继承得到，以及存在三个方法 Invoke BeginInvoke EndInvoke,把原来的方法放在了object中，再Foo::Invoke

有关MulticastDelegate（多播委托）可以阅读 https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.multicastdelegate?view=net-7.0

.class private sealed auto ansi
  Foo
    extends [System.Runtime]System.MulticastDelegate
{

  .method public hidebysig specialname rtspecialname instance void
    .ctor(
      object 'object',
      native int 'method'
    ) runtime managed
  {
    // Can't find a body
  } // end of method Foo::.ctor

  .method public hidebysig virtual newslot instance int32
    Invoke(
      int32 a,
      int32 b
    ) runtime managed
  {
    // Can't find a body
  } // end of method Foo::Invoke

  .method public hidebysig virtual newslot instance class [System.Runtime]System.IAsyncResult
    BeginInvoke(
      int32 a,
      int32 b,
      class [System.Runtime]System.AsyncCallback callback,
      object 'object'
    ) runtime managed
  {
    // Can't find a body
  } // end of method Foo::BeginInvoke

  .method public hidebysig virtual newslot instance int32
    EndInvoke(
      class [System.Runtime]System.IAsyncResult result
    ) runtime managed
  {
    // Can't find a body
  } // end of method Foo::EndInvoke
} // end of class Foo

委托的多个调用和不变性

就好比旅行者可以接到4个委托一下，这里Foo也可以一次性接到多个方法，要不然为啥叫多播委托呢

Foo foo = Sum;
foo += Minus;
Console.Write(foo(1, 2)); //输出-1

应该好理解，执行最后一个方法。如果想要一个个执行，可以这么做 foo.GetInvocationList()

现在我们来看看这个不变性，顾名思义就是委托创建后是始终不变的。来一段代码，现在我们知道了委托也是个引用，那么假如我在re移除一个方法，会不会影响到foo？答案是不会。证明完毕~

Foo foo = Sum;
foo += Minus;
Foo re = foo;
re -= Minus;

foreach (var del in foo.GetInvocationList())
{
    Console.WriteLine(del.Method);
}

闭包

可以理解为 一个代码块（在C#中，指的是匿名方法或者Lambda表达式，也就是匿名函数），并且这个代码块使用到了代码块以外的变量，于是这个代码块和用到的代码块以外的变量（上下文）被“封闭地包在一起”

这下看懂了(

以下代码就存在一个变量i，那为啥会输入全是5呢？

public static class Test
{
    public static void Foo()
    {
        List<Action> ac = new List<Action>();

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

        foreach (var action in ac)
        {
            action.Invoke();
        }
    }
}

5
5
5
5
5

把代码翻译成IL，可以得到有效线索，首先 ac.Add(() => { Console.WriteLine(i);});被生成了一个类 c__DisplayClass0_0，存在字段 .field public int32 i，那么本来应该是处于循环的i被c__DisplayClass0_0赋予了更长的生命周期，加上for循环看做是同一个外部变量，导致了这个问题的出现。

  .class nested private sealed auto ansi beforefieldinit
    '<>c__DisplayClass0_0'
      extends [System.Runtime]System.Object
  {
    .custom instance void [System.Runtime]System.Runtime.CompilerServices.CompilerGeneratedAttribute::.ctor()
      = (01 00 00 00 )

    .field public int32 i

    .method public hidebysig specialname rtspecialname instance void
      .ctor() cil managed
    {
      .maxstack 8

      IL_0000: ldarg.0      // this
      IL_0001: call         instance void [System.Runtime]System.Object::.ctor()
      IL_0006: nop
      IL_0007: ret

    } // end of method '<>c__DisplayClass0_0'::.ctor

    .method assembly hidebysig instance void
      '<Foo>b__0'() cil managed
    {
      .maxstack 8

      // [18 17 - 18 18]
      IL_0000: nop

      // [19 21 - 19 42]
      IL_0001: ldarg.0      // this
      IL_0002: ldfld        int32 Delegate.Test/'<>c__DisplayClass0_0'::i
      IL_0007: call         void [System.Console]System.Console::WriteLine(int32)
      IL_000c: nop

      // [20 17 - 20 18]
      IL_000d: ret

    } // end of method '<>c__DisplayClass0_0'::'<Foo>b__0'
  } // end of class '<>c__DisplayClass0_0'

怎么解决闭包问题

实际上vs已经很贴心的提示了，如果非得使用闭包，可以采取以下两种办法

for (int i = 0; i < 5; i++)
{
    var i1 = i;
    ac.Add(() => { Console.WriteLine(i1);});
}

List<int> li = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };

foreach (var value in li)
{
    ac.Add(() => { Console.WriteLine(value); });
}

参考链接和文件代码

https://www.cnblogs.com/cdaniu/p/15352317.html

《C#8.0本质论》委托

《C#图解教程》委托

https://github.com/yinghualuowu/blogsCodeSimple/tree/main/Delegate