作用域

作用域并非函数的子知识点，之所以在此处介绍，是因为在学习完函数基本使用后，我们才可以成体系介绍它

一 作用域介绍

• 1、什么是作用域？

  域指的是范围，作用域名指的是名字（变量名、函数名等）可以被有效访问的范围

• 2、为何要学习作用域？

  声明语句会将程序中的实体和一个名字关联，比如函数名、变量名等名字，而声明的意义在于以后引用，若想引用声明实体就需要用到名字，但我们在程序中声明了那么多名字，当引用一个名字时应该去哪里找？名字若出现冲突了，访问的优先级是什么？这就是我们学习作用域的意义。

• 3、词法域

  作用域分为静态作用域(又称之为词法域)与动态作用域，go与python都是静态作用域，详解如下

  编译器的第一个工作阶段叫做词法化，也叫单词化，所以说，词法作用域是在词法阶段生成的作用域，是一个编译时的概念。与词法域相对应的是动态作用域，二者对比如下
  1、词法作用域：变量的作用域是在定义时决定而不是执行时决定，也就是说词法作用域取决于源码，通过静态分析就能确定，因此词法作用域也叫做静态作用域。而动态作用域是在运行时确定的。
  3、词法作用域关注函数在何处声明，而动态作用域关注函数从何处调用，即动态作用域链是基于运行时的调用栈的

  总结：词法域是声明语句的域，而非引用语句的域，即声明语句的地方决定了作用域。

  详细地说就是：

  层层嵌套的关系是以定义/声明阶段为准生成的，定义/声明位置决定了作用域的嵌套关系而与引用位置无关，即无论在何处引用/查找名字，都需要老老实实地回到该名字当初定义的地方去找作用域关系，然后以此为准，由内向外一层层查找

  所以，搞清楚作用域的关键在于了解声明语句都可以声明在哪些地方，请看下一小节

二 代码块与作用域

毫无疑问，声明语句肯定是处于某一级别的代码块里，那什么是代码块呢，又是如何区分层级的呢？

代码块指的是一组的代码（声明语句肯定也是代码）集合

补充说明：
1、同一组代码属于一个级别，同级代码会按照自上而下的顺序依次执行。
2、语法块/语句块指的就是一组声明语句的集合，与代码块其实是一个东西,不必纠结此概念

go语言中有用{}的显式声明的代码块，当然也有没有用{}包含的隐式代码块，主要有以下几种，

• 1、全局语法块

  我们可以把整个源代码看成一个大的代码块，包含它外面的，也就是最外层的，称之为全局语法块，可以在整个程序中直接使用，例如内置的类型、内置函数、内置的常量等。

• 2、包级语法块

  函数外部只能有声明语句，这一系列的声明语句构成包级语法块，可以在同一个包的任何源文件中访问

  注意：首先导入语句也是声明语句，只能在包级声明，然后对于导入的包，例如在当前文件中导入的fmt包，则是对应源文件级的作用域，只能在当前的文件中访问导入的fmt包，即便是当前包的其它源文件也无法访问在当前源文件导入的包，若也想使用包fmt，需要重新导入才行

• 3、函数内的语法块

  • 3.1 用{}包含的函数体代码，是函数内最外一层的代码块

  • 3.2 函数内的语句如每个for、if、switch语句声明部分

  • 3.3 每个for、if、switch语句{}包含的子代码

  • 3.4 单纯用{}声明的块

  一个例子说明

  package main
  
  import "fmt"
  
  func main() {
  // 1、此处是函数最外层一层代码块=>显式的
  var i int = 666
  
  for i := 0; i < 3; i++ { // 2、本行代码是for语句声明部分的代码块=>隐式的
      // 3、此处是for循环的子代码块=>显式的
      fmt.Println(i)
  }
  {
        // 4、此时是单纯用{}声明的一级代码块=>显式的
      var i int = 777
      fmt.Println("===>", i)
  }
  fmt.Println("--->", i)
  }

总结：代码块之间有嵌套关系，也有并列关系，这些关系到了名字的访问顺序，即作用域。

再来看你一个例子强化一下理解

// 可以依次注释var声明语句查看效果
import "fmt"

var len int = 666

func main() {
    var len int = 777
    {
        var len int = 888
        {
            var len int = 999
            fmt.Println(len) // 999
        }
        fmt.Println(len) // 888
    }
    fmt.Println(len) // 777
}

三 关于作用域强调6点

3.1 词法域的核心

再次强调静态作用域/词法域的核心是：嵌套关系是以定义/声明时为准的

package main

import "fmt"

var x int = 111

func foo() {
    fmt.Println(x)
}

func main() {
    var x int = 222
    foo()          // 调用函数，打印结果为111，而不是222
    fmt.Println(x) // 打印结果为222
}

3.2 关于声明同名变量的问题

• 1、同一个作用域名，名字不能重复，这点写惯了python的人很容易犯错

  import "fmt"
  
  func main() {
  var x int = 111
  var x int = 222  // 错误，同一个代码块中不能重复声明
  fmt.Println(x)  
  }

• 2、在不同的作用域确实可以声明相同的名字，但是go语言不建议这么做 （2.1中的例子只是为演示方便），因为如果名字在内部和外部的块分别声明过，则内部块的声明首先被找到，此时，内部声明屏蔽了外部同名的声明，让外部的声明的名字无法被访问，如果滥用不同词法域可重名的特性的话，可能导致程序很难阅读。

  package main
  
  import "fmt"
  
  func main() {
  var fmt int = 1111
  fmt.Println("hello") // 无法执行打印功能，因为内部的fmt屏蔽了外部
  }

3.3 函数相关

• 1 函数最外层是什么？

  在函数体中，函数的形参和有名返回值作为函数最外层的局部变量，被存储在相同的词法块中。

  package main
  
  import "fmt"
  
  func foo(x, y int) (z int) {
  // 最外层相当于声明了
  // var x int = 111   // 接收实参111
  // var y int = 222   // 接收实参222
  // var z int         // 初始化零值
  fmt.Println(x, y, z) // 输出：111 222 0
  z = x + y            // 赋值操作,z被改为333
  return z
  }
  
  func main() {
  res:=foo(111, 222)
  fmt.Println(res)    // 333
  }

• 2 函数体修改外部传入的值

  实参通过值的方式传递，因此函数的形参是实参的拷贝。在函数内对值的修改不会影响原值。但是，如果实参包括引用类型，如指针，slice(切片)、map、function、channel等类型，在函数内的修改会影响原值

3.4 包级作用域与声明顺序

在包级别，声明的顺序并不会影响作用域范围，因此一个先声明的可以引用它自身或者是引用后面的一个声明，这可以为我们带来一些额外的效果

• 1、有名函数无需先定义后调用
  有名函数必须声明在包级，包级声明在使用时无所谓顺序，所以有名函数使用，跟定义位置无关，只要定义了，在任何位置都能用，无需先定义后使用

  import "fmt"
  
  func main() {
  sayHi()
  }
  
  // 后定义的函数
  func sayHi() {
  fmt.Println("hello")
  }

• 2、包级声明的变量，在后面定义，也可以引用

  import "fmt"
  
  func main() {
  fmt.Println(name)
  }
  
  // 后定义的变量
  var name = "hello"
  
  // 但是如果一个变量或常量递归引用了自身，则会产生编译错误。
  // var x = x  // 编译错误

  强调：如果没有在包级，而是在函数内部，变量肯定是要先定义再使用

3.5 注意短变量声明语句的作用范围

简短声明与赋值符号很像对不对，很容易搞混，所以要特别注意短变量声明语句的作用域范围。

例1：局部声明的重名变量会覆盖包级的

import "fmt"

var x int

func main() {
    x, y := 1, 2  // 此处是声明语句，在局部声明了一个变量x，覆盖了包
    fmt.Println(x, y)
} 

例2：若想修改包级变量值，需要这么做

package main

import "fmt"

var x int

func main() {
    var y int
    x, y = 1, 2 // 此处是赋值语句
    fmt.Println(x, y)
}

上述两个例子看似简单，却是在教你解决一个非常隐晦的bug

考虑下面的程序：

// 获取当前的工作目录然后保存到一个包级的变量中。这可以本来可以在包级直接调用os.Getwd完成，但是将这个从主逻辑中分离出来放到一个单独的函数内可能会更好(特别是在需要处理错误的时候)，于是我们编写了下述代码
var cwd string  // 包级变量

func init() {
    cwd, err := os.Getwd() // 此处是声明语句，编译错误：cwd declared but not used
    if err != nil {
        log.Fatalf("os.Getwd failed: %v", err)
    }
}

解析：

虽然cwd在外部的包级已经声明过，但是:=语句还是将cwd和err重新声明为新的局部变量。因为内部声明的cwd将屏蔽外部的声明，因此上面的代码并不会正确更新包级声明的cwd变量。

由于当前的编译器会检测到局部声明的cwd并没有本使用，然后报告这可能是一个错误，但是这种检测并不可靠。因为一些小的代码变更，例如增加一个局部cwd的打印语句，就可能导致这种检测失效。

var cwd string

func init() {
    cwd, err := os.Getwd() // 此时是声明语句，compile error: unused: cwd
    if err != nil {
        log.Fatalf("os.Getwd failed: %v", err)
    }
    log.Printf("Working directory = %s", cwd)
}

但此时全局的cwd变量依然是没有被正确初始化的，而且看似正常的日志输出更是让这个BUG更加隐晦。

有许多方式可以避免出现类似潜在的问题。最直接的方法是通过单独声明err变量，来避免使用:=的简短声明方式：

var cwd string

func init() {
    var err error
    cwd, err = os.Getwd()  // 此时就完全成了赋值语句，就是更新了包级的cwd
    if err != nil {
        log.Fatalf("os.Getwd failed: %v", err)
    }
}

3.6 if的子分支

和for循环类似，if语句也会在条件部分创建隐式词法域，还有它们对应的执行体词法域。

但是与for循环不同的是，if可以有多个子分支，而且多个子分支相当于层层嵌套关系：最开始的if声明语句属于顶级包含在整个判断语句的最外层，分支语句都属于其子级，即if里套了else if，else if里套了else if。。。套在最里层的是else

阅读下述代码，判断结果

package main

import "fmt"

func main() {
    var name string
    fmt.Print("请输入名字:")
    fmt.Scanln(&name)

    if x := name; x == "bigegon" { // 首先可以访问外层的name，然后此处的x声明属于if最外层
        fmt.Println("===>",x)
    } else if y := "smallegonn"; x == y { // 可以访问外层的x
        fmt.Println("--->", y,x)
    } else if z := 1; z > 100 {//上述条件都不成立会执行该分支，虽然该分支条件不成立，但肯定是声明了z
        fmt.Printf("+++>")
    } else {
        fmt.Println("...>",x, y, z) // 可以访问x，y，z
    }
    //fmt.Println(x, y, z) // 无法访问x，y，z
}

懂了上例之后，我们再来看一个例子

if f, err := os.Open(fname); err != nil { // compile error: unused: f
    return err
}
f.ReadByte() // compile error: undefined f
f.Close()    // compile error: undefined f

// 变量f的作用域只有在if语句内，因此后面的语句将无法引入它，这将导致编译错误

通常需要在if之前声明变量，这样可以确保后面的语句依然可以访问变量：

f, err := os.Open(fname)
if err != nil {
    return err
}
f.ReadByte()
f.Close()

你可能会考虑通过将ReadByte和Close移动到if的else块来解决这个问题：

if f, err := os.Open(fname); err != nil {
    return err
} else {
    // f and err are visible here too
    f.ReadByte()
    f.Close()
}

但这不是Go语言推荐的做法，Go语言的习惯是在if中处理错误然后直接返回，这样可以确保正常执行的语句不需要代码缩进。

3.7 switch的子分支

switch的子分支与if类似的是，每个子块都有自己的作用域：条件部分为一个隐式词法域，然后每个是每个分支的词法域。不同的是，子块彼此独立

package main

import "fmt"

func main() {
    m := 10
    switch m := 20; { // 隐式的词法域，末尾必须加分号
    case m > 19:
        var xxx = 111
        fmt.Println(xxx)
        //fallthrough
    case m > 29:
        var yyy = 222
        fmt.Println(yyy)
        //fallthrough
    case m > 39:
        var zzz = 333
        fmt.Println(zzz)
        //fallthrough
    default:
        fmt.Println("===>")
        //fmt.Println(xxx, yyy, zzz)  // 打开所有的fallthrough，也无法访问xxx、yyy
    }

    fmt.Println(m) // 输出10
}

四 练习

练习1：下述代码结果为？

var x int = 111

func main() {
    x=3333
    say()
}

func say() {
    fmt.Println(x)
}

练习2：下述代码结果为？

var x int = 111

func main() {
    x:=222
    {
        x:=333
        {
            x:=444
            fmt.Println(x)
        }
        fmt.Println(x)
    }
    fmt.Println(x)

    say()
}

func say() {
    fmt.Println(x)
}

3、下述三个x是否会冲突，请说明原因

func main() {
    x := "hello"  
    for _, x := range x { 
        x := x + ('A' - 'a')
        fmt.Printf("%c", x) 
    }
}

解析：
例子有三个不同的x变量，每个声明在不同的词法域，一个在函数体词法域，一个在for隐式的初始化词法域，一个在for循环体词法域
func main() {
    x := "hello"  // 1、函数体词法域=>显式的
    for _, x := range x {  // 2、本行代码是初始化词法域=>隐式的
        // 3、此处是循环体词法域=>显式的
        x := x + ('A' - 'a') // 'A' - 'a'为大写字母与小写字母的差值，'B' - 'b'也一样，该行代码的目的是把字母加上一定的偏移量，变为对应的大写字母
        fmt.Printf("%c", x) // "HELLO"
    }
}

4、下述函数打印结果是什么？

package main

import "fmt"

var x int = 111

func f1() {
    fmt.Println("在f1内访问x：",x)
    var x int = 222
    func() { fmt.Println("在f1的子函数内访问x：",x) }()
}

func main() {
    x := 333
    f1()

    fmt.Println("在main中访问x：",x)
}

五 匿名函数和闭包

5.1 匿名函数

匿名函数就是没有名字的函数，用于临时使用一次的场景

func(参数)(返回值){
    函数体
}

匿名函数因为没有函数名，所以没办法像普通函数那样调用，匿名函数需要保存到某个变量或者作为立即执行函数:

func main() {
    // 将匿名函数保存到变量
    add := func(x, y int) {
        fmt.Println(x + y)
    }
    add(10, 20) // 通过变量调用匿名函数

    //自执行函数：匿名函数定义完加()直接执行
    func(x, y int) {
        fmt.Println(x + y)
    }(10, 20)
}

匿名函数多用于实现回调函数和闭包。

5.2 闭包

闭包函数=闭函数+包函数

闭：指的是定义在函数内部的函数，注意，在Go语言中，定义在函数内部的函数必须是匿名函数

包：闭函数包含了对外层函数名字的引用

func counter(start int) func(int) int{
    f:= func(n int) int{
        start += n  // 修改外层函数的变量start
        return start
    }
    return f
}

func main() {
    c:=counter(0)
    fmt.Println(c(1)) // 1
    fmt.Println(c(1)) // 2
    fmt.Println(c(1)) // 3
}

闭包应用示例1

func makeSuffixFunc(suffix string) func(string) string {
    return func(name string) string {
        if !strings.HasSuffix(name, suffix) {
            return name + suffix
        }
        return name
    }
}

func main() {
    jpgFunc := makeSuffixFunc(".jpg")
    txtFunc := makeSuffixFunc(".txt")
    fmt.Println(jpgFunc("test")) //test.jpg
    fmt.Println(txtFunc("test")) //test.txt
}

闭包应用示例2

func circle(radius float64) (func(), func()) {
    perimeter := func() {
        fmt.Println("周长是：",2 * math.Pi * radius)
    }
    area := func() {
        fmt.Println("面积是：",math.Pi * (radius * radius))
    }
    return perimeter, area
}

func main() {
    f1,f2 := circle(3.3)
    f1()  // 周长是： 20.734511513692635
    f2()  // 面积是： 34.21194399759284
}

练习：

v := "outer"
fmt.Println(v)
{
    v := "inner"
    fmt.Println(v)
    {
        fmt.Println(v)
    }
}
{
    fmt.Println(v)
}
fmt.Println(v)

输出：
outer
inner
inner
outer
outer