有朋友好奇为什么将 闭包 归于语法糖，这里简单声明下，C# 中的所有闭包最终都会归结于 类 和 方法，为什么这么说，因为 C# 的基因就已经决定了，如果大家了解 CLR 的话应该知道， C#中的类最终都会用 MethodTable 来承载，方法都会用 MethodDesc 来承载， 所以不管你怎么玩都逃不出这三界之内。

这篇我们就来聊聊C#中的闭包底层原理及玩法，表面上的概念就不说了哈。

一：普通闭包玩法1. 案例演示

放了方便说明，先上一段测试代码：

        static void Main(string[] args)        {            int y = 10;            Func<int, int> sum = x =>            {                return x + y;            };            Console.WriteLine(sum(11));        }

刚才也说了，C#的基因决定了最终会用 class 和 method 对 闭包 进行面向对象改造，那如何改造呢？ 这里有两个问题：

匿名方法如何面向对象改造

方法 不能脱离 类 而独立存在，所以 编译器 必须要为其生成一个类，然后再给匿名方法配一个名字即可。

捕获到的 y 怎么办

捕获是一个很抽象的词，一点都不接底气，这里我用 面向对象 的角度来解读一下，这个问题本质上就是 栈变量 和 堆变量 混在一起的一次行为冲突，什么意思呢？

栈变量

大家应该知道 栈变量 所在的帧空间是由 esp 和 ebp 进行控制，一旦方法结束，esp 会往回收缩造成局部变量从栈中移除。

堆变量

委托是一个引用类型，它是由 GC 进行管理回收，只要它还被人牵着，自然就不会被回收。

到这里我相信你肯定发现了一个严重的问题， 一旦 sum 委托逃出了方法，这时局部变量 y 肯定会被销毁，如果真的被销毁了, 后续再执行 sum 委托自然就是一个巨大的bug，那怎么办呢？

编译器自然早就考虑到了这种情况，它在进行面向对象改造的时候，特意为 类 定义了一个 public 类型的字段，用这个字段来承载这个局部变量。

2. 手工改造

有了这些多前置知识，我相信你肯定会知道如何改造了，参考代码如下：

    class Program    {        static void Main(string[] args)        {            int y = 10;            //Func<int, int> sum = x =>            //{            //    return x + y;            //};            //面向对象改造            FuncClass funcClass = new FuncClass() { y = y };            Func<int, int> sum = funcClass.Run;            Console.WriteLine(sum(11));        }    }    public class FuncClass    {        public int y;        public int Run(int x)        {            return x + y;        }    }

如果你不相信的话，可以看下 MSIL 代码。

.method private hidebysig static 	void Main (		string[] args	) cil managed {	// Method begins at RVA 0x2050	// Code size 43 (0x2b)	.maxstack 2	.entrypoint	.locals init (		[0] class ConsoleApp1.Program/'<>c__DisplayClass0_0' 'CS$<>8__locals0',		[1] class [System.Runtime]System.Func`2<int32, int32> sum	)	IL_0000: newobj instance void ConsoleApp1.Program/'<>c__DisplayClass0_0'::.ctor()	IL_0005: stloc.0	IL_0006: nop	IL_0007: ldloc.0	IL_0008: ldc.i4.s 10	IL_000a: stfld int32 ConsoleApp1.Program/'<>c__DisplayClass0_0'::y	IL_000f: ldloc.0	IL_0010: ldftn instance int32 ConsoleApp1.Program/'<>c__DisplayClass0_0'::'<Main>b__0'(int32)	IL_0016: newobj instance void class [System.Runtime]System.Func`2<int32, int32>::.ctor(object, native int)	IL_001b: stloc.1	IL_001c: ldloc.1	IL_001d: ldc.i4.s 11	IL_001f: callvirt instance !1 class [System.Runtime]System.Func`2<int32, int32>::Invoke(!0)	IL_0024: call void [System.Console]System.Console::WriteLine(int32)	IL_0029: nop	IL_002a: ret} // end of method Program::Main.class nested private auto ansi sealed beforefieldinit '<>c__DisplayClass0_0'	extends [System.Runtime]System.Object{	.custom instance void [System.Runtime]System.Runtime.CompilerServices.CompilerGeneratedAttribute::.ctor() = (		01 00 00 00	)	// Fields	.field public int32 y	// Methods	.method public hidebysig specialname rtspecialname 		instance void .ctor () cil managed 	{		// Method begins at RVA 0x2090		// Code size 8 (0x8)		.maxstack 8		IL_0000: ldarg.0		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 int32 '<Main>b__0' (			int32 x		) cil managed 	{		// Method begins at RVA 0x209c		// Code size 14 (0xe)		.maxstack 2		.locals init (			[0] int32		)		IL_0000: nop		IL_0001: ldarg.1		IL_0002: ldarg.0		IL_0003: ldfld int32 ConsoleApp1.Program/'<>c__DisplayClass0_0'::y		IL_0008: add		IL_0009: stloc.0		IL_000a: br.s IL_000c		IL_000c: ldloc.0		IL_000d: ret	} // end of method '<>c__DisplayClass0_0'::'<Main>b__0'} // end of class <>c__DisplayClass0_0

为了方便说明，还是先上一段代码。

        static void Main(string[] args)        {            var actions = new Action[10];            for (int i = 0; i < actions.Length; i++)            {                actions[i] = () => Console.WriteLine(i);            }            foreach (var item in actions) item();        }

然后把代码跑起来：

我相信有非常多的朋友都踩过这个坑，那为什么会出现这样的结果呢？ 我试着从原理上解读一下。

1. 原理解读

根据前面所学的 面向对象 改造法，我相信大家肯定会很快改造出来，参考代码如下：

    class Program    {        static void Main(string[] args)        {            var actions = new Action[10];            for (int i = 0; i < actions.Length; i++)            {                //actions[i] = () => Console.WriteLine(i);                //改造后                var funcClass = new FuncClass() { i = i };                actions[i] = funcClass.Run;            }            foreach (var item in actions) item();        }    }    public class FuncClass    {        public int i;        public void Run()        {            Console.WriteLine(i);        }    }

然后跑一下结果：

真奇葩，我们的改造方案一点问题都没有，咋 编译器 就弄不对呢？要想找到案例，只能看 MSIL 啦，简化后如下：

		IL_0001: ldc.i4.s 10		IL_0003: newarr [System.Runtime]System.Action		IL_0008: stloc.0		IL_0009: newobj instance void ConsoleApp1.Program/'<>c__DisplayClass0_0'::.ctor()		IL_000e: stloc.1		IL_000f: ldloc.1		IL_0010: ldc.i4.0		IL_0011: stfld int32 ConsoleApp1.Program/'<>c__DisplayClass0_0'::i		IL_0016: br.s IL_003e		// loop start (head: IL_003e)			IL_0018: nop			IL_0019: ldloc.0            ...		// end loop

如果有兴趣大家可以看下完整版，它的实现方式大概是这样的。

        static void Main(string[] args)        {            var actions = new Action[10];            var funcClass = new FuncClass();            for (int i = 0; i < actions.Length; i++)            {                actions[i] = funcClass.Run;                funcClass.i = i + 1;            }            foreach (var item in actions) item();        }

原来问题就出在了它只 new 了一次，同时 for 循环中只是对 i 进行了赋值,导致了问题的发生。

2. 编译器的想法

为什么编译器会这么改造代码，我觉得可能基于下面两点。

不想 new 太多的类实例

new一个对象，其实并没有大家想象的那么简单，在 clr 内部会分 快速路径 和 慢速路径，同时还为此导致 GC 回收，为了保存一个变量 需要专门 new 一个实例，这代价真的太大了。。。

有更好的解决办法

更好的办法就是用 方法参数 ，方法的字节码是放置在 CLR 的 codeheap 上，独此一份，同时方法参数只是在栈上多了一个存储空间而已，这代价就非常小了。

三： 代码改造

知道编译器的苦衷后，改造起来就很简单了，大概有如下两种。

1. 强制 new 实例

这种改造法就是强制在每次 for 中 new 一个实例来承载 i 变量，参考代码如下：

        static void Main(string[] args)        {            var actions = new Action[10];            for (int i = 0; i < actions.Length; i++)            {                var j = i;                actions[i] = () => Console.WriteLine(j);            }            foreach (var item in actions) item();        }

为了能够让 i 作为方法参数，只能将 Action 改成 Action<int>，虽然你可能要为此掉头发，但对程序性能来说是巨大的，参考代码如下：

        static void Main(string[] args)        {            var actions = new Action<int>[10];            for (int i = 0; i < actions.Length; i++)            {                actions[i] = (j) => Console.WriteLine(j);            }            for (int i = 0; i < actions.Length; i++)            {                actions[i](i);            }        }

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