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• Lisp, ML, Shell Scriptあたりを書きます

クロージャとは？

• 日本語にすると（関数）閉包
• 関数が外側のローカル変数を補足する
• 補足されたローカル変数は無限の生存期間を持つ
  • ローカル変数は本来スコープを抜けると生存期間が終わる
  • 言い換えるとグローバル変数みたいになる
  • でもあくまでスコープはローカル

コード例

function genpower(n){
    var x = 1;
    return function(){
        x *= n;
        return x;
    };
}
var p = genpower(2);

コード例

p()  // => 2
p()  // => 4
p()  // => 8
x * 2 // x is not defined

コード例

• pがnとxを補足しているので関数を抜けた後もxとnは使える。
  • 関数の仮引数もローカル変数。
• でもローカル変数なので外からは見えない。

+-----------------------+
| function genpower(n){ |
|   var x = 1;          |
| ...   ^               |
| }     |               |
+-----------------------+
        |
 +------+
 |
+-------------+
||function(){ |
|+-- x *= n;  |
|   return x; |
| };          |
+-------------+

コード例2

function incdec(){
    var x = 0;
    return [function(){ return ++x;},
            function(){ return --x;}];
}
var fs = incdec();
var inc = fs[0];
var dec = fs[1];

コード例2

inc() // => 1
inc() // => 2
dec() // => 1
inc() // => 2

コード例2

• 同じタイミングで作られたクロージャ群は捕捉変数を共有する

+--------------------+
| function incdec(){ |
|   var x = 0;       |
|   ... ^            |
| }     |            |
+--------------------+
        +--------------+----+
                       |    |
+----------------------|---+|
| function(){ return ++x;} ||
+--------------------------+|
                       +----+
+----------------------|---+
| function(){ return --x;} |
+--------------------------+

コード例3

function genpower(n){
    var x = 1;
    return function(){
        x *= n;
        return x;
    };
}
var p1 = genpower(2);
var p2 = genpower(2);

コード例3

p1()  // => 2
p1()  // => 4
p2()  // => 2
p2()  // => 4

コード例3

• 逆に、同じ関数から生まれても違うタイミングなら共有しない。

+-----------------------+ +-----------------------+
| function genpower(n){ | | function genpower(n){ |
|   var x = 1;          | |   var x = 1;          |
| ...   ^               | | ...   ^               |
| }     |               | | }     |               |
+-----------------------+ +-----------------------+
        |                         |
 +------+                  +------+
 |                         |
+-------------+           +-------------+
||function(){ |           ||function(){ |
|+-- x *= n;  |           |+-- x *= n;  |
|   return x; |           |   return x; |
| };          |           | };          |
+-------------+           +-------------+

実装方法

• ここでは複数ある実装方法のうちの1つを紹介する。
• 言語はVM型のインタプリタ（大抵のインタプリタの実装に同じ）を仮定する

用語整理

• outerから見たらxは捕捉(Captured)変数
  • innerから捕捉されてるから
• innerから見たらxは自由(Free)変数
  • innerからしたらxは知らない子だから

function outer(x) {
    function inner(y){
        return x * y;
    }
}

実装概要

• クロージャとは捕捉変数の集まり
  • つまり、捕捉した側ではなくされた側が作る
  • 捕捉した側は作られたものを参照するだけ

変数の話

• グローバル変数はヒープ領域に置かれる
  • グローバル DB（大抵巨大なハッシュテーブル）に登録される
• ローカル変数はコールスタックに置かれる
  • 配列が作られ、インデックスでアクセスされる感じ。
  • ローカル変数の数は関数定義時に決定するので配列で管理出来る
  • 関数の実引数も同じように置かれる

捕捉変数の話

• 捕捉変数はヒープ領域に置かれる
  • 簡単には小さなハッシュテーブルに登録される
    • つまり、グローバル変数と同じ
    • 捕捉変数も関数定義時に決定するので配列でも管理出来る
  • ハッシュテーブル/配列はクロージャ毎に作られる

※ 本気出した実装だとコールスタックでどうにかすることもある

| ....          |
|---------------|
| args[0] = _   | a
|---------------| 
| locals[0] = 1 | var l
|---------------|--コールスタック↑--
| ....          |
| ....          |
|---------------|--ヒープ領域↓--
| caps[c] = 3   | var c = 3
|---------------|
| global[g] = 1 | var g = 1
| global[_] = _ |
| ....          |
| ....          |

function incdec(){
    var x = 0;
    return [function(){ return ++x;},
            function(){ return --x;}];
}
var fs = incdec();
var inc = fs[0];
var dec = fs[1];

| ....          |
|---------------|--ヒープ領域↓--
| caps[x] = 0 <-++------------------------+
|---------------|| +----------------------|---+
| global[_] = _ || | function(){ return ++x;} |
| ....          || +--------------------------+
| ....          |+------------------------+
| ....          |  +----------------------|---+
| ....          |  | function(){ return --x;} |
| ....          |  +--------------------------+
| ....          |
| ....          |
| ....          |

function genpower(n){
    var x = 1;
    return function(){
        x *= n;
        return x;
    };
}
var p1 = genpower(2);
var p2 = genpower(2);

AA略

| ....          |
|---------------|--ヒープ領域↓--
| caps[x] = 0 <-+-|p1|
|---------------|
| caps[x] = 0 <-+-|p2|
|---------------|
| global[_] = _ |
| ....          |
| ....          |

捕捉変数の実装

• クロージャ毎にcapturedが作られる
• capturedとlocalはソース上の見た目は似ているが実装は大きく異なる
  • 多分この所為で分かりづらい
• グローバルアクセス出来ないだけでグローバル変数に似ている

まとまってないけどまとめ

• クロージャについて説明した
• クロージャの正体は捕捉変数の集まり
• 捕捉変数はヒープ領域に置かれるローカルスコープな変数

※あくまで実装の1例です