클로저 (Closure)

클로저?

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아래 프로그램의 add3, add5는 각각 넘겨받은 숫자에 3,5를 더해서 반환하는 함수이다. 

using System;

public static class Prgoram
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        var add3 = Adder(3);
        var add5 = Adder(5);

        Console.WriteLine(add3(10));    //13을 출력
        Console.WriteLine(add5(10));    //15를 출력
    }

    public static Func<int, int> Adder(int add)
    {
        return (int num) => { return num + add; };
    }
}

add3, add5를 생성할 때, Adder메서드에 각각 3과 5를 넘겨주고 add3과 add5는 이를 기억하고 있다가 나중에 넘겨받은 숫자에 각각 3,5를 더한 뒤 그 값을 반환한다. 

 

이처럼 Adder() 함수로 넘어간 paramter  'add' 가 사라지지 않고 기억되고 있는 것이 바로 클로저(Closure)가 해주는 일이다.  다시 말하면, outer scope의 변수('add')를 캡쳐하는 것이다.

 

그렇다면 add3와 add5는 넘겨받은 숫자 3, 5를 어디에 기억하고 있을까?

 

 

 

 

 

원리

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컴파일러가 람다, 익명 메서드를 만나면 이를 함수 오브젝트 클래스로 변경한다. 아래 링크 참고.

 

https://tsyang.tistory.com/60?category=919754#lambda-expression 

Cpp 함수 (C++11 lambda, std::function)

 

그렇기에 위 예제코드의 add3과 add5는 컴파일러가 생성한 함수 오브젝트 클래스의 인스턴스라고 볼 수 있다. 

 

그렇다면  add3과 add5가 어디에 3, 5를 기억하고 있는지 대충 감이 온다. 클래스를 하나 만들어서 거기에 넣어주면 된다!

 

 

 

 

예제 코드의 IL 코드를 보자. 여기서 직접 해볼 수 있다.

 

먼저 다음과 같은 새로운 클래스가 정의되었음을 알 수 있다. 

.class nested private auto ansi sealed beforefieldinit '<>c__DisplayClass1'
    extends [mscorlib]System.Object
{
    .custom instance void [mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.CompilerGeneratedAttribute::.ctor() = (
        01 00 00 00
    )
    // Fields
    .field public int32 'add'	//'add' 라는 이름의 필드가 있다.

    // Methods
    .method public hidebysig specialname rtspecialname 
        instance void .ctor () cil managed {}	//내용생략

    .method public hidebysig 
        instance int32 '<Adder>b__0' (int32 num) cil managed 
    {
        //내용 생략
    } // end of method '<>c__DisplayClass1'::'<Adder>b__0'

} // end of class <>c__DisplayClass1

무슨 클래스인지는 모르겠지만 int32 'add' 필드를 가지고 있다.

 

그리고 Adder 메서드에서 위 클래스의 인스턴스를 생성한뒤 'add'필드에 인자로 넘겨받은 add 변수 값을 대입시킨다.

 

그렇다면 예제 코드는 '의미상' 다음과 같은 의미를 지닐 것이다.

using System;

public static class Prgoram
{
    public class CompilerGeneratedAdder
    {
        public int add;

        public int Call(int num)
        {
            return this.add + num;
        }
    }

    public static void Main(string[] args)
    {
        var add3 = Adder(3);
        var add5 = Adder(5);

        Console.WriteLine(add3.Call(10));    //13을 출력
        Console.WriteLine(add5.Call(10));    //15를 출력
    }

    public static CompilerGeneratedAdder Adder(int add)
    {
        var adder = new CompilerGeneratedAdder();
        adder.add = add;

        return adder;
    }
}

 

 

 

 

흔히 하는 실수

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많이 하는 실수가 다음과 같이 버튼에 이벤트 연결할때 다음과 같은 코드에서 0 1 2가 출력될 것을 기대하는 것이다.

public static class Prgoram
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        SomeButton[] btns = {new SomeButton(), new SomeButton(), new SomeButton()};

        for (int i = 0; i < btns.Length; ++i)
            btns[i].OnClickAction = () => Console.WriteLine(i.ToString());

        foreach (var someButton in btns)
            someButton.OnClickAction?.Invoke();
    }

 

그러나 위의 코드는 3 3 3을 출력한다. for 루프의 변수 i를 캡쳐하기 때문이다. 

 

즉 '의미상' 다음과 같은 코드가 수행된다.

CompilerGeneratedMethod method = new CompilerGeneratedMethod();

for (method.i = 0; method.i < btns.Length; ++method.i)
{
    btns[method.i].OnClickAction = method.Call;	//method.i를 출력
}

이때 컴파일러가 생성한 클래스의 인스턴스는 루프 외부에 생성된다. (어쩌피 다 같으니까)

 

의도대로 0, 1, 2를 출력하는 코드를 작성하기 위해서는 루프를 

for (int i = 0; i < btns.Length; ++i)
{
    int num = i;
    btns[i].OnClickAction = () => Console.WriteLine(num.ToString());
}

위와 같이 고쳐줘야 한다. 이렇게 되면 버튼들이 각각의 scope에 선언된 'num'을 캡쳐하여 0 1 2를 출력하게 된다.

 

위 코드는 '의미상' 다음과 같을 것이다.

for (int i = 0; i < btns.Length; ++i)
{
    CompilerGeneratedMethod method = new CompilerGeneratedMethod();
    method.num = i;
    btns[i].OnClickAction = method.Call;
}

위와 달리 컴파일러가 생성한 클래스 인스턴스가 루프 내부에 생성된다. (num이 다 다르니까!)

 

 

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참고 : 

https://web.archive.org/web/20150707082707/http://diditwith.net/PermaLink,guid,235646ae-3476-4893-899d-105e4d48c25b.aspx

https://www.csharpstudy.com/DevNote/Article/26