封闭变量如何|在哪里存储？

Question

这是基于文章 “关闭被认为有害的循环变量” 作者：Eric Lippert。
这是一本很好的书，Eric 解释了为什么在这段代码之后所有 funcs 将返回 v 中的 last 值：

 var funcs = new List<Func<int>>();
 foreach (var v in values)
 {
    funcs.Add(() => v);
 }

正确的版本如下所示：

 foreach (var v in values)
 {
    int v2 = v;
    funcs.Add(() => v2);
 }

现在我的问题是那些捕获的 'v2 如何以及在哪里' 存储的变量。根据我对堆栈的理解，所有这些 v2 变量都会占用同一块内存。

我的第一个想法是装箱，每个 func 成员都保留对装箱 v2 的引用。但这并不能解释第一种情况。

Answer 1

通常，变量 v2 会在其所在代码块的开头在堆栈上分配一些空间。在代码块的末尾（即迭代结束），堆栈会回退（我描述的是逻辑场景，而不是优化的实际行为）。因此，每个 v2 实际上是与上一次迭代不同的 v2，尽管它最终会占用相同的内存位置。

然而，编译器发现 v2 正在被 lambda 创建的匿名函数使用。编译器的作用是 提升 v2 变量。编译器创建一个新类，它有一个 Int32 字段来保存 v2 的值，但它没有在堆栈上分配位置。它还使匿名函数成为这种新类型的方法。 （为了简单起见，我将为这个未命名的类命名，我们称之为“Thing”）。

现在，在每次迭代中，都会创建“Thing”的新实例，并且当为v2分配其Int32字段时，该字段实际上被分配的不仅仅是一个堆栈内存中的点。匿名函数表达式（lambda）现在将返回一个具有非空实例对象引用的委托，该引用将指向“Thing”的当前实例。

当调用匿名函数的委托时，它将作为“Thing”实例的实例方法执行。因此，v2 可用作成员字段，并且将在创建“Thing”实例的迭代期间为其赋予值。

Answer 2

除了尼尔和安东尼的答案之外，下面是在这两种情况下可能自动生成的代码示例。

（注意，这只是为了演示原理，实际编译器生成的代码不会完全像这样。如果你想看到真正的代码，那么你可以使用 Reflector 看一下。）

// first loop
var captures = new Captures();
foreach (var v in values)
{
    captures.Value = v;
    funcs.Add(captures.Function);
}

// second loop
foreach (var v in values)
{
    var captures = new Captures();
    captures.Value = v;
    funcs.Add(captures.Function);
}

// ...

private class Captures
{
    public int Value;

    public int Function()
    {
        return Value;
    }
}