perl精粹解析 - closure 与 静态局部变量

一.什么是closure

perl 中有一个概念叫“closure”（闭环，来源于数学）：

假如有一个subroutine, 它访问了在其外部声明的私有变量，那么这个subroutine就叫做closure.

例如：

Perl code

{
  my $count = 0;
  sub callback { print ++$count; };
  sub get_count{return $count;};
}
&callback();  //此时, $count = 1
&callback();  //此时, $count = 2

这里，callback和get_count就是一个closure，因为它访问了在其外部声明的私有变量$count.

closure在实际应用中提供了c语言中局部静态变量的功能。

它有以下特性：

1.访问的变量是私有变量，保证只有少数subroutine能访问到该变量，这些具有访问权限的subroutine就构成了一个环，因此也叫闭环;

  在上面的例子中，$callback和get_count构成了能访问$count的环;

  由于环中的subroutine都可以访问$count（与c语言中的静态变量作用一样），使得每一次访问都可以改变$count的值。

  在这个例子中，第一次调用&callback()后， $count的值变为1，第2次调用后，值变为2.

2.该私有变量的生命周期是与环中的生命周期最长的subroutine一样。这是通过perl中的引用计数机制来实现的：

  上面的例子中，在括号内的代码部分， $count的引用计数是3，出了括号，$count的引用计数变成了2，

  callback生命周期结束的时候，$count的引用计数减去1，此时变为1

  get_count生命周期结束的时候，$count的引用计数减去1，此时变为0  

  当$count的引用计数变为0之后，被perl回收。

二.perl中的closure与C语言中静态局部变量的区别

  1.C语言本身提供了静态局部变量机制--static关键字，程序员在使用该功能特性的时候更方便;

  perl本身要实现同样的功能，需要程序员额外的努力，在第三部分perl中closure的常见用法中，

  大家就可以看到这些技巧。

  2. C语言中，只有静态局部变量所在的函数对该变量具有访问权;

  而perl中，闭环中的所有subroutine都可以访问和修改“静态变量”。

  perl的这个特性，使得它在某些情况下，比c语言更加便利。参见下节中的用法一。

三.perl中closure的常见用法

  以下摘自“Learning Perl Objects, References & Modules” 的第6章：

  用法一 在subroutine中返回subroutine的引用，通常作为回调函数：

Perl code

use File::Find;
sub create_find_callbacks_that_sum_the_size {
  my $total_size = 0;
  return(sub { $total_size += -s if -f }, sub { return $total_size });
}
my ($count_em, $get_results) = create_find_callbacks_that_sum_the_size(  );
find($count_em, "bin");  //寻找bin目录下所有的文件，并对找到的所有文件执行回调函数$count_em
my $total_size = &$get_results(  );
print "total size of bin is $total_size\n"

这段代码用于计算某个目录下所包含的所有文件的大小之和.

  这里，create_find_callbacks_that_sum_the_size返回了两个subroutine的引用，一个用来计算

total_size的值，一个用来获取total_size的值.

  create_find_callbacks_that_sum_the_size相当于函数生成器，生成了两个subroutine。

  如果用c语言来实现同样的功能，有两种方法：

  1.改变find函数的接口,增加参数total_size，当find函数返回时，设置total_size作为真正的返回值

C/C++ code

      #define int (* SUM)(int);
     int get_sum(int filesize);
     {
         static int count = 0;
         count += filesize;
         return count;
     }
      bool find(SUM callback, char *path, int pathLen, int *total_size )

  这里假设callback的返回值是total_size,那么find可实现如下：

  C/C++ code

bool find(SUM callback, char *path, int pathLen, int *total_size )
    ｛
          bool result = false;
         for(...) //寻找path下的每一个文件
          {
             ...
              if (file is find)
              {
                   total_size = callback(filesize);  //get_sum取代形参callback
                   result = true;
               }
          }
          return result;
     ｝

  此时，要想获取totalsize的值，只需要执行：

  C/C++ code

int totalsize = 0;
     find(get_sum, path, pathlen, &totalsize); 

  2.改变callback函数的接口

  C/C++ code

#define int (* SUM)(int, bool);
      int get_sum(int filesize， bool ret = false);
      {
          static int count = 0;
          if (!ret)
          {
              count += filesize;
          }
          return count;
      }
      bool find(SUM callback, char *path, int pathLen)
    ｛
         bool result = false;
        for(...) //寻找path下的每一个文件
          {
             ...
              if (file is find)
              {
                   callback(filesize);  //get_sum取代形参callback
                   result = true;
               }
          }
          return result;
     ｝

  此时，要想获取totalsize的值，只需要执行：

C/C++ code

     find(get_sum, path, len);
     int totalsize = get_sum(anyinteger, true);

  对方法一和方法二进行小结：

  1. 方法一改变了find函数的接口，而通常find函数是系统提供的库函数，接口无法改变.

  2. 方法二更糟糕，由于改变了回调函数get_sum的接口，函数指针SUM的类型也发生了改变（增加了一个bool型参数）

  ， 导致所有被find所调用到的SUM类型的回调函数都需要改变接口和实现，这对代码的扩展和维护来说简直是个灾难！

  相比之下，用perl实现同样的功能更加简洁通用，扩展性更好，对现有的代码影响更小。

  用法二 使用闭环变量作为输入，用作函数生成器，来生成不同的函数指针：

Perl code

use File::Find;
sub print_bigger_than {
  my $minimum_size = shift;
  return sub { print "$File::Find::name\n" if -f and -s >= $minimum_size };
}
my $bigger_than_1024 = print_bigger_than(1024);
find($bigger_than_1024, "bin");

  print_bigger_than在这里相当于一个函数生成器，不同的输入变量可以生成不同的函数指针.

  这里生成了一个可以打印出文件大小大于1024字节文件名的回调函数.



  用法三 作为静态局部变量使用，提供了c语言静态局部变量的功能:

   

Perl code

BEGIN {
  my $countdown = 10;
  sub count_down { $countdown-- }
  sub count_remaining { $countdown }
}

  这里用到了关键字BEGIN.

  BEGIN的作用就是，当perl编译完这段代码之后，停止当前编译，然后直接进入运行阶段，执行BEGIN块内部的代码.然后再回到编译状态，

  继续编译剩余的代码.

  这就保证了无论BEGIN块位于程序中的哪个位置，在调用count_down之前，$countdown被确保初始化为10.

原创？现在很少有代码在调用函数的时候前面加&了，&callback()一般都写callback()。另外“私有变量”并不准确，closure和私有与否没什么联系。准确些讲是局部变量（或者说局部引用）。闭环也是编程里很少用的术语，一般叫闭包比较多。对C语言的比较那一部分也不是很到位，closure是动态语言才有的，最大的优势在于可以动态创建新的closure，这是与C语言最大的区别。