C# 如何处理闭包中的变量捕获：值与引用？

深入理解C#闭包中的变量捕获：值类型与引用类型

闭包中的变量捕获允许在闭包范围内访问外部变量。然而，其背后的机制和复杂性常常难以捉摸。本文深入探讨此过程的细节，分析值类型、引用类型和装箱。

变量捕获：幕后机制

捕获局部变量不仅仅是引用它们；编译器会创建一个内部类来存储这些变量。每个被捕获的变量都放置在这个类的字段中，其值在闭包创建时被复制。

值类型与引用类型

无论变量类型如何，捕获的是变量本身，而不是其值。对于值类型，会复制实际值并将其存储在内部类中。另一方面，引用类型不会被复制；而是保存对共享内存位置的引用。

装箱与变量捕获

将值类型转换为其对象对应物（装箱）不会在变量捕获期间发生。被捕获的值以其原始值类型形式保留在内部类中。

示例说明

为了阐明此过程，考虑以下捕获随机值的lambda表达式：

<code class="language-csharp">Action action = () =>
{
    Console.WriteLine(counter);
    counter++;
};</code>

编译器扩展会创建一个内部ActionHelper类：

<code class="language-csharp">class ActionHelper
{
    public int counter;

    public void DoAction()
    {
        Console.WriteLine(counter);
        counter++;
    }
}</code>

lambda表达式被转换为一个委托，其目标引用指向ActionHelper的一个实例。初始counter值存储在ActionHelper的counter字段中。随后对action的调用会修改共享的counter值。

多个闭包，共享变量

当处理共享一个变量的多个闭包时，每个闭包都维护对同一个内部类字段的引用。这允许多个闭包访问和修改相同的值，如下面的代码所示：

<code class="language-csharp">Action show = () => Console.WriteLine(counter);
Action increment = () => counter++;</code>

在这种情况下，两个lambda表达式都共享内部类中的同一个counter字段。

结论

理解闭包中的变量捕获对于有效利用闭包至关重要。编译器会精心创建内部类来封装被捕获的变量，确保它们在闭包的生命周期内可用。无论是值类型还是引用类型，捕获的都是实际的变量，而不是引用或装箱后的值。此知识使开发人员能够熟练地利用闭包的强大功能。

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