下面的這段C#3.0代碼看似再普通不過：

Stack stack = StackFactory.New();
stack.Push(1);
stack.Push(2);
stack.Push(3);
Console.WriteLine(stack.Pop());
Console.WriteLine(stack.Pop());
Console.WriteLine(stack.Pop());

運(yùn)行結(jié)果：

>>3

>>2

>>1

但如果我告訴你Stack并不是一個普通的class Stack，而是一個類型別名：using Stack = System.Func<T1, R1>，它其實是一個委托，你會不會覺得很神奇？說得更清楚一些，StackFatory.New()所創(chuàng)建的不是一個普通對象，而是創(chuàng)建了一個閉包(Closure)。

閉包是什么？

那么閉包究竟是什么呢？目前有兩種流行的說法：一種說法是閉包是在其詞法上下文中引用了自由變量的函數(shù)；另一種說法認(rèn)為閉包是由函數(shù)和與其相關(guān)的引用環(huán)境組合而成的實體。兩種說法都對，但我更傾向于第二種表述，因為它明確地將閉包定義為“實體”。從例子中我們可以看出，閉包可以表現(xiàn)出對象的特征，而普通的lambda函數(shù)或delegate更像是某個方法。結(jié)合兩種定義，我認(rèn)為可以把閉包理解為帶狀態(tài)的函數(shù)。

自由變量

我們先來看一個閉包的簡單例子：

static Func<int, int> AddX(int x) {
    return (y) => x + y;
}

這里的lambda函數(shù)(y) => x + y就是一個閉包，它引用了其詞法上下文之外的自由變量x。對AddX(8)求值將用8代換x，即(y)=>8 + y；若再繼續(xù)求值A(chǔ)ddX(8)(100)將得到8 + 100 = 108。

狀態(tài)

下面我們將看到如何使閉包具有狀態(tài)：

static Func<int> NewCounter() {
    int x = 0;
    return () => ++x;
}

Func<int> counter1 = NewCounter();
Console.WriteLine(counter1());
Console.WriteLine(counter1());
Console.WriteLine(counter1());

Func<int> counter2 = NewCounter();
Console.WriteLine(counter2());
Console.WriteLine(counter2());
Console.WriteLine(counter2());

運(yùn)行結(jié)果：

>>1

>>2

>>3

>>1

>>2

>>3

我們通過NewCounter創(chuàng)建了一個閉包，每次對閉包進(jìn)行求值都會使其環(huán)境的局部變量x增1，這樣就體現(xiàn)了閉包的狀態(tài)。同時，我們注意到局部變量x對于不同的閉包是獨(dú)立的，counter1和counter2并不共享同一個x。

閉包 vs class

這里我們可以和OOP程序做一個對比，如果要用類來實現(xiàn)Counter我們會怎么做呢？

class Counter{ //對應(yīng)NewCounter

    private int x; //對應(yīng)局部變量int x

    public Counter() { x = 0; } //new Counter()對應(yīng)NewCounter()

    public int Count() { return ++x;} //對應(yīng)() => ++x

}

和 上面的閉包程序相比，從結(jié)構(gòu)上看是不是有些類似呢？Counter類與NewCounter函數(shù)對應(yīng)；new Counter()與NewCounter()對應(yīng)；Counter類的私有成員x和NewCounter的局部變量x對應(yīng)；Counter類的 Count()方法與閉包對應(yīng)。

行為

除了狀態(tài)，我們還需要讓閉包具備類似stack.Push()和stack.Pop()這樣的對象行為。由于閉包只擁有一個()運(yùn)算符，需要怎樣做才能使其具有多個方法呢？答案是高階函數(shù)(Higher-Order Function)。看剛才Stack的例子：

public enum Method {
    Push, Pop, Top
}

public static Func<Method, object> NewStack() {
    LinkedList<int> aList = new LinkedList<int>();
    Func<Method, object> func = (method) => {
        switch (method) {
            case Method.Push:
                Action<int> push = (int aValue) => { aList.AddLast(aValue); };
                return push;
            case Method.Pop:
                Func<int> pop = () => {
                    int value = aList.Last.Value;
                    aList.RemoveLast();
                    return value;
                };
                return pop;
            case Method.Top:
                Func<int> top = () => { return aList.Last.Value; };
                return top;
            default:
                return null;
        }
    };
    return func;
}

NewStack()返回的是一個Func<Method, object>類型的閉包，它的參數(shù)是enum Method類型的，返回值是object。NewStack()(Method.Push)將得到：

Action<int> push = (int aValue) => { aList.AddLast(aValue); };

這就是實際的Push方法！不過，在調(diào)用之前還需要顯式轉(zhuǎn)換一下類型：

(NewStack()(Method.Push) as Action<int>)(1);

最后，我們利用C#3.0的擴(kuò)展方法(Extension Method)包裝一下，讓這個調(diào)用更加簡潔：

public static void Push(this Func<Method, object> aStack, int aValue){
    (aStack(Method.Push) as Action<int>)(aValue);
}

public static int Pop(this Func<Method, object> aStack){
    return (int)(aStack(Method.Pop) as Func<int>)();
}

public static int Top(this Func<Method, object> aStack){
    return (int)(aStack(Method.Top) as Func<int>)();
}

這樣，我們就能寫出stack.Push(1), stack.Pop()這樣很OO的代碼來了！通過這樣一步步地探索，不知道您是否對函數(shù)式編程的閉包以及它和OOP對象的關(guān)系有了更深的理解呢？

模式

我們可以把上面在C#3.0中用閉包創(chuàng)建對象的方法歸納為一種固定的模式，不妨稱其為閉包工廠模式(Closure Factory Pattern)。模式要點(diǎn)包括：

1. 定義一個工廠類XXFactory，提供創(chuàng)建閉包對象的靜態(tài)工廠方法New；

2. 在New方法的內(nèi)定義局部對象作為閉包對象的狀態(tài)m_States；

3. 定義enum Method表示對象所具有的方法；

4. 在New方法內(nèi)創(chuàng)建并返回一個引用m_States的閉包c(diǎn)losureObject，其類型為Func<Method, object>；

5. closureObject接受Method參數(shù)，返回表示該方法的閉包(或普通委托)的methodObject；

6. 通過擴(kuò)展方法為Func<Method, object>定義擴(kuò)展方法，為closureObject的方法調(diào)用加上語法糖衣。

參考

閉包的概念、形式與應(yīng)用

The Beauty of Closures