闭包
函数作为返回值
高阶函数除了可以接受函数作为参数外,还可以把函数作为结果值返回。
我们来实现一个对 Array 的求和。通常情况下,求和的函数是这样定义的:
const sum = (arr) => arr.reduce((x, y) => x + y);
sum([1, 2, 3, 4, 5]); // 15
提示
变量 sum
等同于:
function sum(arr) {
return arr.reduce(function (x, y) {
return x + y;
});
}
但是,如果不需要立刻求和,而是在后面的代码中,根据需要再计算怎么办? 可以不返回求和的结果,而是返回求和的函数!
const lazy_sum = (arr) => () => arr.reduce((x, y) => x + y);
提示
上面的 lazy_sum()
等同于:
function lazy_sum(arr) {
const sum = function () {
return arr.reduce(function (x, y) {
return x + y;
});
};
return sum;
}
当我们调用 lazy_sum()
时,返回的并不是求和结果,而是求和函数:
const f = lazy_sum([1, 2, 3, 4, 5]); // function sum()
调用函数 f 时,才真正计算求和的结果:
f(); // 15
提示
上面的例子也很好的证明了箭头函数的简洁性。
随着开发的深入,应当逐渐熟悉使用箭头函数来写出更简洁的写法。
在这个例子中,我们在函数 lazy_sum
中又定义了函数 sum
,并且,内部函数 sum
可以引用外部函数 lazy_sum
的参数和局部变量,当 lazy_sum
返回函数 sum
时,相关参数和变量都保存在返回的函数中,这种称为“闭包(Closure)”的程序结构拥有极大的威力。
请再注意一点,当我们调用 lazy_sum()
时,每次调用都会返回一个新的函数,即使传入相同的参数:
const f1 = lazy_sum([1, 2, 3, 4, 5]);
const f2 = lazy_sum([1, 2, 3, 4, 5]);
f1 === f2; // false
f1()
和 f2()
的调用结果互不影响。
闭包注意事项
注意到返回的函数在其定义内部引用了局部变量 arr
,所以,当一个函数返回了一个函数后,其内部的局部变量还被新函数引用,所以,闭包用起来简单,实现起来可不容易。
另一个需要注意的问题是,返回的函数并没有立刻执行,而是直到调用了 f()
才执行。我们来看一个例子:
function count() {
const arr = new Array(3);
for (let i = 1; i <= arr.length; i++) arr.push(() => i * i);
return arr;
}
const results = count();
const f1 = results[0];
const f2 = results[1];
const f3 = results[2];
在上面的例子中,每次循环,都创建了一个新的函数,然后,把创建的 3 个函数都添加到一个 Array 中返回了。
您可能认为调用 f1()
,f2()
和 f3()
结果应该是 1,4,9
,但实际结果是:
f1(); // 16
f2(); // 16
f3(); // 16
全部都是 16! 原因就在于返回的函数引用了变量 i
,但它并非立刻执行。等到 3 个函数都返回时,它们所引用的变量 i 已经变成了 4
,因此最终结果为 16
。
返回闭包时牢记的一点就是: 返回函数不要引用任何循环变量,或者后续会发生变化的变量。
如果一定要引用循环变量怎么办? 方法是再创建一个函数,用该函数的参数绑定循环变量当前的值,无论该循环变量后续如何更改,已绑定到函数参数的值不变:
function count() {
const arr = [];
for (let i = 1; i <= 3; i++)
arr.push(
(
(n) => () =>
n * n
)(i),
);
return arr;
}
const results = count();
const f1 = results[0];
const f2 = results[1];
const f3 = results[2];
f1(); // 1
f2(); // 4
f3(); // 9
注意这里用了一个“创建一个匿名函数并立刻执行”的语法:
((x) => x * x)(3); // 9
理论上讲,创建一个匿名函数并立刻执行可以这么写:
function (x) { return x * x } (3);
但是由于 JavaScript 语法解析的问题,会报 SyntaxError 错误,因此需要用括号把整个函数定义括起来:
(function (x) {
return x * x;
})(3);
或者使用箭头函数的写法:
((x) => x * x)(3); // 9
通常,一个立即执行的匿名函数可以把函数体拆开,一般这么写:
(x => {
...
})(...);
说了这么多,难道闭包就是为了返回一个函数然后延迟执行吗?
当然不是! 闭包有非常强大的功能。举个栗子:
在面向对象的程序设计语言里,比如 Java 和 C++,要在对象内部封装一个私有变量,可以用 private
修饰一个成员变量。
在没有 class 机制,只有函数的语言里,借助闭包,同样可以封装一个私有变量。我们用 JavaScript 创建一个计数器:
"use strict";
const create_counter = (counter = 0) => ({
inc: () => {
counter += 1;
return counter;
},
});
最后的提示
上面的函数等效于:
"use strict";
function create_counter(initial) {
let x = initial || 0;
return {
inc() {
x += 1;
return x;
},
};
}
这是最后一个提示了。
之后,略微复杂的箭头函数将不再包含正常写法的版本,如果理解起来吃力,请多加阅读箭头函数章节并针对以上案例充分理解。
它用起来像这样:
const c1 = create_counter();
c1.inc(); // 1
c1.inc(); // 2
c1.inc(); // 3
const c2 = create_counter(10);
c2.inc(); // 11
c2.inc(); // 12
c2.inc(); // 13
在返回的对象中,实现了一个闭包,该闭包携带了局部变量 x
,并且,从外部代码根本无法访问到变量 x
。换句话说,闭包就是携带状态的函数,并且它的状态可以完全对外隐藏起来。
闭包还可以把多参数的函数变成单参数的函数。例如,要计算 xy
可以用 Math.pow(x, y)
函数,不过考虑到经常计算 x2
或 x3
,我们可以利用闭包创建新的函数 pow2
和 pow3
:
"use strict";
const make_pow = (n) => (x) => Math.pow(x, n);
// 创建两个新函数:
const pow2 = make_pow(2);
const pow3 = make_pow(3);
console.log(pow2(5)); // 25
console.log(pow3(7)); // 343
脑洞大开
很久很久以前,有个叫阿隆佐·邱奇的帅哥,发现只需要用函数,就可以用计算机实现运算,而不需要 0
、1
、2
、3
这些数字和 +
、-
、*
、/
这些符号。
JavaScript 支持函数,所以可以用 JavaScript 用函数来写这些计算。来试试:
"use strict";
// 定义数字0:
const zero = () => (x) => x;
// 定义数字1:
const one = (f) => (x) => f(x);
// 定义加法:
const add = (n, m) => (f) => (x) => m(f)(n(f)(x));
// 计算数字2 = 1 + 1:
const two = add(one, one);
// 计算数字3 = 1 + 2:
const three = add(one, two);
// 计算数字5 = 2 + 3:
const five = add(two, three);
// 您说它是 3 就是 3,您说它是 5 就是 5,您怎么证明?
// 呵呵,看这里:
// 给 3 传一个函数,会打印 3 次:
three(() => console.log("print 3 times"))();
// 给 5 传一个函数,会打印 5 次:
five(() => console.log("print 5 times"))();
// 继续接着玩一会...