闭包捕获栈变量疑问：编译器堆对象处理及修复代码原理

原错误代码 #

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    Task.Factory.StartNew(() => Console.WriteLine(i));
}
Console.ReadLine();

作者论述 #

这段代码意图打印0到9的数字，但运行后大概率输出10个10。原因在于闭包：编译器需捕获局部变量i并放入堆上的编译器生成对象，供lambda引用。由于i声明在循环外，仅创建一个对象存储i的值，所有任务共享该对象，循环结束时i为10，故所有任务输出10。

用户困惑 #

• 1. i是存储在栈上的值类型，编译器如何在堆上创建包含该栈变量内存引用的对象？
• 2. 作者提供的修复代码如下：

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    int toCaptureI = i;
    Task.Factory.StartNew(() => Console.WriteLine(toCaptureI));
}
Console.ReadLine();

若每次循环都在堆上创建对象持有toCaptureI的引用，而toCaptureI每次迭代在栈上赋新值，为何不会出现与错误代码相同的问题？

问题1解答 #

编译器处理闭包时，不会直接引用栈上的原始i变量。实际逻辑是：

1. 自动生成一个编译器专属的类，类里包含一个和i同类型的字段。
2. 把原本栈上的i变量替换成这个类实例的字段——从循环开始，i就不再是栈上的值，而是堆上对象的成员。
3. lambda表达式会持有这个堆对象的引用，后续访问i时，实际是访问该对象的字段。

说白了，栈上的i已经被“转移”到堆上的捕获对象里了，lambda引用的是堆对象的字段，而非原本栈上的变量。

问题2解答 #

修复代码的核心是toCaptureI是循环内部声明的变量，编译器会为每次循环迭代生成独立的捕获对象：

1. 每一次循环都会新建一个捕获对象，里面包含对应toCaptureI的字段。
2. toCaptureI = i是把当前迭代的i值复制到这个新对象的字段中。
3. 每个lambda都持有属于自己的捕获对象引用，它们访问的是不同对象的字段，这些字段的值就是当前迭代时i的快照，不会被后续循环的i值覆盖。

简单来说，错误代码是所有lambda共享同一个捕获对象，修复代码是每个lambda有专属的捕获对象，各自保存了迭代时的i值，自然不会全输出10。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user22155685