Golang

單元：函數與方法

主題：匿名函數與閉包（closures）

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簡介

在 Go 語言中，函式 不只是程式的基本組件，它本身也是一種第一等公民（first‑class citizen）。這意味著函式可以被賦值給變數、作為參數傳遞，甚至在執行時動態產生。匿名函數（anonymous function）與閉包（closure）正是利用這個特性，讓程式碼更具彈性與表現力。

對於 初學者，掌握匿名函數可以快速寫出簡潔的回呼（callback）或一次性的邏輯；對 中級開發者，則能藉由閉包保存執行環境，實作如計數器、緩存、惰性求值等進階模式。本文將從概念說明出發，結合實用範例，帶你一步步了解並善用 Go 的匿名函數與閉包。

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核心概念

1. 匿名函數是什麼？

匿名函數是沒有名稱的函式，通常直接以 func 關鍵字寫在表達式位置。它可以像普通函式一樣接受參數、回傳值，只是沒有可直接呼叫的名稱。

// 直接宣告並呼叫的匿名函數
result := func(a, b int) int {
    return a + b
}(3, 5) // result = 8

重點：匿名函數可以立即執行（IIFE），也可以賦值給變數或傳遞給其他函式。

2. 閉包的原理

閉包是函式與其外層環境變數的組合。當匿名函式在宣告時引用了外部變數，Go 會在執行時「捕獲」這些變數的指向，即使外層函式已返回，這些變數仍然存在於閉包內部。

func makeAdder(x int) func(int) int {
    // 這裡返回的函式會「閉合」x
    return func(y int) int {
        return x + y
    }
}

makeAdder 產生的函式即為閉包，它保留了 x 的值。

3. 範例一：簡單匿名函數

package main

import "fmt"

func main() {
    // 宣告一個只印出訊息的匿名函式，並立即執行
    func(msg string) {
        fmt.Println("訊息:", msg)
    }("Hello, Go!") // 輸出: 訊息: Hello, Go!
}

• 註解：此寫法常用於一次性的初始化或測試程式碼。

4. 範例二：計數器閉包

package main

import "fmt"

// makeCounter 回傳一個閉包，該閉包每次被呼叫會遞增內部的 count
func makeCounter() func() int {
    count := 0
    return func() int {
        count++          // 捕獲並修改外層變數 count
        return count
    }
}

func main() {
    counterA := makeCounter()
    counterB := makeCounter()

    fmt.Println(counterA()) // 1
    fmt.Println(counterA()) // 2
    fmt.Println(counterB()) // 1   // 兩個閉包各自維護自己的狀態
}

• 關鍵：count 變數被閉包捕獲，形成私有狀態，類似物件導向的屬性。

5. 範例三：延遲執行與 goroutine

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    for i := 1; i <= 3; i++ {
        // 若直接使用 i，所有 goroutine 會共享同一個 i
        go func(v int) {
            fmt.Printf("goroutine %d 完成\n", v)
        }(i) // 把 i 的當前值傳入匿名函式
    }
    time.Sleep(time.Second) // 等待所有 goroutine 完成
}

• 說明：透過將 i 作為參數傳入匿名函式，避免了閉包捕獲迴圈變數的常見陷阱（後面會詳細說明）。

6. 範例四：函式工廠（Factory）

package main

import "fmt"

// newGreeter 回傳一個根據 name 客製化的問候函式
func newGreeter(name string) func() {
    greeting := "哈囉"
    return func() {
        fmt.Printf("%s, %s!\n", greeting, name)
    }
}

func main() {
    alice := newGreeter("Alice")
    bob   := newGreeter("Bob")

    alice() // 哈囉, Alice!
    bob()   // 哈囉, Bob!
}

• 應用：在大型專案中，可用此模式產生多個行為相似但內部狀態不同的函式，提升程式碼可讀性與可測試性。

7. 範例五：捕獲迴圈變數的陷阱

package main

import "fmt"

func main() {
    handlers := []func(){}
    for i := 0; i < 3; i++ {
        // 錯誤寫法：所有閉包都捕獲同一個 i
        handlers = append(handlers, func() {
            fmt.Println(i) // 會全部印出 3
        })
    }
    for _, h := range handlers {
        h()
    }
}

修正方式：

for i := 0; i < 3; i++ {
    iCopy := i // 建立區域變數，讓每個閉包捕獲不同的值
    handlers = append(handlers, func() {
        fmt.Println(iCopy) // 分別印出 0、1、2
    })
}

• 教訓：匿名函式捕獲的是變數的指向，若迴圈變數在每次迭代中被同一個指向引用，所有閉包會共享最終值。

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常見陷阱與最佳實踐

陷阱	可能的結果	解決方法
捕獲迴圈變數	閉包全部得到相同的最終值	在迴圈內建立區域變數或將值作為參數傳入
忘記回收資源	閉包持有大型結構或檔案描述符，導致記憶體洩漏	若閉包不再需要，將變數設為 nil或使用 runtime.GC 測試
過度使用全域閉包	使程式碼難以追蹤、測試困難	盡量將閉包限制在局部作用域，或使用介面抽象
閉包內部修改外部變數	產生競爭條件（race condition）	在多執行緒環境下使用 sync.Mutex、atomic 或 channel 保護

最佳實踐

1. 明確命名：即使是匿名函式，也應在變數或欄位名稱上給予語意，避免「魔法數字」或「不明行為」。
2. 保持簡潔：閉包的主要目的在於封裝狀態或延遲執行，若邏輯過於複雜，建議拆成普通函式。
3. 測試為先：對於依賴外部變數的閉包，寫單元測試時可透過 依賴注入（inject）方式模擬環境。
4. 避免共享可變資料：若多個閉包需要共享同一資料，考慮使用 sync.Map 或 channel 進行同步。

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實際應用場景

場景	為什麼適合使用閉包
計時器 / 防抖（debounce）	閉包可保存上一次觸發的時間戳或計數器，簡化狀態管理。
中介層（middleware）	在 HTTP 框架（如 Gin、Echo）中，middleware 常以 func(handler http.Handler) http.Handler 形式實作，利用閉包保存配置參數。
資源池（pool）	閉包可以封裝取得與釋放資源的邏輯，讓使用者只需呼叫返回的函式即可。
惰性求值（lazy evaluation）	只在需要時才執行昂貴的計算，閉包保存計算邏輯與必要參數。
事件驅動	訂閱者（subscriber）以匿名函式註冊事件回呼，閉包保存當前上下文資訊。

範例：在 Gin 中寫一個簡易的認證 middleware

func AuthMiddleware(secret string) gin.HandlerFunc {
    return func(c *gin.Context) {
        token := c.GetHeader("Authorization")
        if token != secret {
            c.AbortWithStatusJSON(401, gin.H{"error": "unauthorized"})
            return
        }
        c.Next()
    }
}

此 AuthMiddleware 本身是一個閉包，它捕獲了 secret，在每一次請求時都能使用同一個密鑰驗證。

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總結

• 匿名函式讓我們可以在需要的地方即時定義行為，減少額外的命名函式。
• 閉包則是將函式與其外部環境變數「綁在一起」的機制，提供了保存狀態、延遲執行的強大能力。
• 正確使用閉包能讓程式碼更模組化、可重用，但同時也要留意變數捕獲、競爭條件與資源釋放等陷阱。
• 在實務開發中，閉包常見於 middleware、計時器、資源池、惰性求值 等場景，掌握它們將大幅提升 Go 程式的彈性與可維護性。

實踐：挑選一個你目前正在開發的功能，嘗試以匿名函式或閉包重構其中的回呼或狀態管理，體會「函式即資料」的威力吧！祝你寫程式愉快 🚀