Go语言之闭包篇

在有GC和闭包实现的语言中,我最熟悉的是Lua语言。所以在使用Go语言时,碰到不熟悉的细节,总是会以Lua的机制来对比。

然而由于动态语言和静态语言的区别(静态语言总是有更多优化的机制), 以至于很多时候会得出错误的结论。

比如下面代码:

package main
import "os"
func exist(list []int, f func(n int)bool) bool {
    for _, n := range list {
        if f(n) == true {
            return true
        }
    }
    return false
}
func main() {
    count := len(os.Args)
    a := make([]int, 0)
    for i := 0; i < count; i++ {
        a = append(a, i)
    }
    exist(a, func(n int) bool {
        return n == (count - 1)
    })
}

这段代码定义了一个闭包,然后作为参数传给exist函数。

按照Lua的经验,定义闭包肯定是需要malloc内存。然而Go语言反手就教我做人。

使用go run -gcflags="-m -l" a.go可以发现,这个闭包并没有被分配在堆上。

再使用go tool compile -N -l -S a.go来看一下与闭包相关的Plan9汇编代码。

"".exist STEXT size=234 args=0x28 locals=0x58
    ................
    0x0085 00133 (a.go:5)   MOVQ    "".f+120(SP), DX
    0x008a 00138 (a.go:5)   MOVQ    AX, (SP)
    0x008e 00142 (a.go:5)   MOVQ    (DX), AX
    0x0091 00145 (a.go:5)   PCDATA  $1, $1
    0x0091 00145 (a.go:5)   CALL    AX
    0x0093 00147 (a.go:5)   MOVBLZX 8(SP), AX
    0x0098 00152 (a.go:5)   MOVB    AL, ""..autotmp_5+23(SP)
    0x009c 00156 (a.go:5)   NOP
    0x00a0 00160 (a.go:5)   TESTB   AL, AL
    0x00a2 00162 (a.go:5)   JNE     166
    0x00a4 00164 (a.go:5)   JMP     184
    0x00a6 00166 (a.go:6)   MOVB    $1, "".~r2+128(SP)
    0x00ae 00174 (a.go:6)   MOVQ    80(SP), BP
    0x00b3 00179 (a.go:6)   ADDQ    $88, SP
    0x00b7 00183 (a.go:6)   RET
    0x00b8 00184 (a.go:5)   PCDATA  $1, $-1
    0x00b8 00184 (a.go:5)   JMP     186
    0x00ba 00186 (a.go:5)   JMP     188

"".main STEXT size=372 args=0x0 locals=0x90
    ................
    0x00ff 00255 (a.go:17)  XORPS   X0, X0
    0x0102 00258 (a.go:17)  MOVUPS  X0, ""..autotmp_4+88(SP)
    0x0107 00263 (a.go:17)  LEAQ    ""..autotmp_4+88(SP), AX
    0x010c 00268 (a.go:17)  MOVQ    AX, ""..autotmp_6+104(SP)
    0x0111 00273 (a.go:17)  TESTB   AL, (AX)
    0x0113 00275 (a.go:17)  LEAQ    "".main.func1(SB), CX
    0x011a 00282 (a.go:17)  MOVQ    CX, ""..autotmp_4+88(SP)
    0x011f 00287 (a.go:17)  TESTB   AL, (AX)
    0x0121 00289 (a.go:17)  MOVQ    "".count+72(SP), AX
    0x0126 00294 (a.go:17)  MOVQ    AX, ""..autotmp_4+96(SP)
    0x012b 00299 (a.go:17)  MOVQ    "".a+112(SP), AX
    0x0130 00304 (a.go:17)  MOVQ    "".a+120(SP), CX
    0x0135 00309 (a.go:17)  MOVQ    "".a+128(SP), DX
    0x013d 00317 (a.go:17)  MOVQ    AX, (SP)
    0x0141 00321 (a.go:17)  MOVQ    CX, 8(SP)
    0x0146 00326 (a.go:17)  MOVQ    DX, 16(SP)
    0x014b 00331 (a.go:17)  MOVQ    ""..autotmp_6+104(SP), AX
    0x0150 00336 (a.go:17)  MOVQ    AX, 24(SP)
    0x0155 00341 (a.go:17)  CALL    "".exist(SB)

"".main.func1 STEXT nosplit size=54 args=0x10 locals=0x10
    0x0000 00000 (a.go:17)  TEXT    "".main.func1(SB), NOSPLIT|NEEDCTXT|ABIInternal, $16-16
    0x0000 00000 (a.go:17)  SUBQ    $16, SP
    0x0004 00004 (a.go:17)  MOVQ    BP, 8(SP)
    0x0009 00009 (a.go:17)  LEAQ    8(SP), BP
    0x000e 00014 (a.go:17)  FUNCDATA        $0, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
    0x000e 00014 (a.go:17)  FUNCDATA        $1, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
    0x000e 00014 (a.go:17)  MOVQ    8(DX), AX
    0x0012 00018 (a.go:17)  MOVQ    AX, "".count(SP)
    0x0016 00022 (a.go:17)  MOVB    $0, "".~r1+32(SP)
    0x001b 00027 (a.go:18)  MOVQ    "".count(SP), AX
    0x001f 00031 (a.go:18)  DECQ    AX
    0x0022 00034 (a.go:18)  CMPQ    "".n+24(SP), AX
    0x0027 00039 (a.go:18)  SETEQ   "".~r1+32(SP)
    0x002c 00044 (a.go:18)  MOVQ    8(SP), BP
    0x0031 00049 (a.go:18)  ADDQ    $16, SP
    0x0035 00053 (a.go:18)  RET

上面的代码并不算太复杂,我们大致可以翻译出他的等价Go语言(翻译出来的代码是可以被编译运行的)。

package main
import "os"
type Closure1 struct {
    F func(int) bool
    n int
}

var DX *Closure1

func func1(n int) bool {
    x := DX.n - 1
    return x == n
}
func exist(list []int, f *Closure1) bool {
    for _, n := range list {
        DX = f
        if f.F(n) == true {
            return true
        }
    }
    return false
}
func main() {
    count := len(os.Args)
    a := make([]int, 0)
    for i := 0; i < count; i++ {
        a = append(a, i)
    }
    c := &Closure1{
        F: func1,
        n: count,
    }
    exist(a, c)
}

从上面的Go代码可以很清楚的看到,其实一个闭包到底分配不分配内存,关键就在于Closure1在栈上还是在堆上。

当Closure1结构暴露出来之后,一切都是那么的显然。

即然闭包是一个struct对象,那么Go当然可以和一般的自定义struct一样进行逃逸分析,而根据逃逸规则,这里的c对象显然不需要逃逸。

一切都很完美,只是还有一个问题没有解决。

exist在调用f函数时,是如何区分调用的是闭包还是非闭包,比如下面代码:

package main
import "os"
func exist(list []int, f func(n int)bool) bool {
        for _, n := range list {
                if f(n) == true {
                        return true
                }
        }
        return false
}
func foo(n int) bool {
        return n == 3
}
func main() {
        count := len(os.Args)
        a := make([]int, 0)
        for i := 0; i < count; i++ {
                a = append(a, i)
        }
        exist(a, foo)
}

再来看一下对应的汇编代码:

"".exist STEXT size=234 args=0x28 locals=0x58
    .......
    0x0085 00133 (a.go:5)   MOVQ    "".f+120(SP), DX
    0x008a 00138 (a.go:5)   MOVQ    AX, (SP)
    0x008e 00142 (a.go:5)   MOVQ    (DX), AX
    0x0091 00145 (a.go:5)   PCDATA  $1, $1
    0x0091 00145 (a.go:5)   CALL    AX
    0x0093 00147 (a.go:5)   MOVBLZX 8(SP), AX
    0x0098 00152 (a.go:5)   MOVB    AL, ""..autotmp_5+23(SP)
    0x009c 00156 (a.go:5)   NOP
    0x00a0 00160 (a.go:5)   TESTB   AL, AL
    0x00a2 00162 (a.go:5)   JNE     166
    0x00a4 00164 (a.go:5)   JMP     184
    .......

"".main STEXT size=300 args=0x0 locals=0x78
    0x00ea 00234 (a.go:20)  MOVQ    "".a+88(SP), AX
    0x00ef 00239 (a.go:20)  MOVQ    "".a+96(SP), CX
    0x00f4 00244 (a.go:20)  MOVQ    "".a+104(SP), DX
    0x00f9 00249 (a.go:20)  MOVQ    AX, (SP)
    0x00fd 00253 (a.go:20)  MOVQ    CX, 8(SP)
    0x0102 00258 (a.go:20)  MOVQ    DX, 16(SP)
    0x0107 00263 (a.go:20)  LEAQ    "".foo·f(SB), AX
    0x010e 00270 (a.go:20)  MOVQ    AX, 24(SP)
    0x0113 00275 (a.go:20)  CALL    "".exist(SB)

通过对比可以发现,其实exist函数的代码并没有任何变化,有变化的代码是a.go第20行。

再来将汇编翻译成Go语言:

package main
import "os"
type Closure1 struct {
    F func(int) bool
}
var DX *Closure1
func foo(n int) bool {
    return n == 3
}
func exist(list []int, f *Closure1) bool {
    for _, n := range list {
        DX = f
        if f.F(n) == true {
            return true
        }
    }
    return false
}
func main() {
    count := len(os.Args)
    a := make([]int, 0)
    for i := 0; i < count; i++ {
        a = append(a, i)
    }
    c := &Closure1{
        F: foo,
    }
    exist(a, c)
}

通过对比两次翻译后的Go语言,可以发现一件很有意思的事。

Go语言其实把所有函数都抽象成闭包,这一点倒是与Lua有颇多相似之处。

只是没有任何值捕获的闭包,在逃逸分析时可以做更多的优化。

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