Lua中函数的两个重要特性:
1、函数和其他类型(如number、string)一样,可以存放在变量中,也可以存放在table中,可以作为函数的参数,还可以作为函数的返回值。
2、嵌套的函数可以访问其外部函数中的局部变量——闭包。
例如:
local foo = function(x) return x^2 end -- 函数构造式 local function foo(x) return x^2 end -- 函数定义
第1种方法创建一个函数,并赋一个变量;
第2种方法其实是一种特例。
1、非全局函数
Lua中的函数可以作为全局变量,也可以作为局部变量。
将函数保存在一个局部变量时,得到一个局部函数:
local f = function(...) ... end local g = function(...) ... f() -- external local ‘f‘ is visible here ... end
函数作为table的域,这种情况下,必须注意函数和表语法:
第1种方式:
lib = {add = function(x,y) return x+y end, sub = function(x,y) return x-y end}
第2种方式:
lib = {} lib.add = function(x,y) return x+y end lib.sub = function(x,y) return x-y end
第3种方式:
lib = {} function lib.add(x,y) return x+y end function lib.sub(x,y) return x-y end
调用方式:
lib.add(x,y)
2、尾调用
尾调用(tail recursion)是指函数最后一个动作是调用另外一个函数,例如
function f(x) return g(x) // 尾调用 end
这种情况下,当被调用函数g结束时程序不需要返回到调用者f,所以尾调用之后程序不需要在栈中保留关于调用者的任何信息。
Lua解释器利用这个特性在处理尾调用时不使用额外的栈,那么尾调用递归的层次是可以无限制的。例如:
function foo (n) if n > 0 then return foo(n-1) end end
不管n的值有多大,都不会发生栈溢出。
注意:下面的返回方法不是尾调用:
return g(x)+1 -- must do the addition return x or g(x) -- must adjust to 1 result return (g(x)) -- must adjust to 1 result
3、闭包
闭包:当一个函数内部嵌套另一个函数定义时,内部的函数体可以访问外部函数的局部变量。
例如:
function foo() local i = 0 return function() i = i + 1 return i end end c1 = foo() c2 = foo() print(c1()) -- 1 print(c1()) -- 2 print(c2()) -- 1
例子中foo函数的内部匿名函数可以访问foo的局部变量i,在匿名函数内部i是external local variable(也称作upvalue)。
c1和c2是建立在同一个函数上,但作用在同一个局部变量的不同实例上的两个不同的闭包。简单的说,闭包是一个匿名函数及其upvalues 。
4、迭代器
迭代器是一种支持指针类型的结构,它可以遍历集合的每一个元素。
在Lua中使用函数来描述迭代器,每次调用该函数就返回集合的下一个元素。
迭代器需要保留上一次成功调用的状态和下一次成功调用的状态,闭包提供的机制可以很容易实现这个任务。
闭包是一个内部函数,它可以访问一个或者多个外部函数的external local variable,每次闭包的成功调用后,这些upvalues都会保存他们当前的状态。
一个典型的闭包结构包含两个函数:一个是闭包自己,另一个是工厂(创建闭包的外部函数)。
用闭包实现数组迭代器的例子:
function list_iter(t) local i=0 local n=#t return function() i=i+1 if i<=n then return t[i] end end end a={1,2,3} iter=list_iter(a) -- 创建迭代器,保存的外部局部变量(t,i,n) while true do local element=iter() if element==nil then break end print(element) end
上面设计的迭代器也可以适用于泛型for循环:
for element in list_iter(a) do print(element) end
泛型for循环首先调用迭代工厂,并在内部保留迭代函数,因此我们不需要iter变量;然后在每一个新的迭代处调用迭代器函数,当迭代器返回nil时循环结束。
另一个例子,逐行遍历所有的单词:
function allwords() local line = io.read() local pos = 1 return function() while line do local s,e=string.find(line, "%w+", pos) if s then pos = e+1 return string.sub(line, s, e) else line=io.read() pos=1 end end return nil end end for word in allwords() do print(word) end
上面提到的迭代器的名字可能有些误导,因为它并没有迭代,完成迭代功能的是for循环语句,也许更好的叫法应该是生成器(generator)。
下面是一个真正的迭代器的例子,它在内部完成了循环,这样我们使用迭代器的时候就不需要再使用循环了,迭代器仅接受一个函数作为参数,并且这个函数在迭代器内部被调用。
function allwords(f) for l in io.lines() do for w in string.gfind(l, "%w+") do f(w) end end end allwords(print)
更一般的做法是使用匿名函数作为参数,下面的例子打印出单词"hello"出现的次数:
local count = 0 allwords(function(w) if w=="hello" then count=count+1 end end ) print(count)
5、泛型for的语义
泛型for在自己内部保存迭代函数,包括三个值:迭代函数、状态常量、控制变量。
for <var-list> in <exp-list> do <body> end
其中,<var-list>是一个或多个逗号分隔的变量名列表,且第一个变量为控制变量,其值为nil时循环结束;
<exp-list>是以一个或多个逗号分隔的表达式列表,通常情况下exp-list只有一个值:迭代工厂的调用。
泛型for的执行过程:
1、初始化,计算in后面表达式的值,表达式应该返回三个值:迭代函数、状态常量、控制变量;
2、将状态常量和控制变量作为参数调用迭代函数;
3、将迭代函数返回值赋给变量列表;
4、如果控制变量为nil,循环结束;
5、回到第2步;
LUA标准库提供了几种迭代器,包括迭代文件每行的(io.lines),迭代table元素的(pairs),迭代数组元素的(ipairs),迭代字符串中单词的(string.gmatch)等。
以iparis为例,实现如下:
function iter(a, i) i = i + 1 local v=a[i] if v then return i,v end end function ipairs(a) return iter, a, 0 end
当泛型for循环调用iparis(a)开始循环时,它获取三个值:迭代函数iter、状态常量a、控制变量初始值0;
然后调用iter(a,0)返回1,a[1],第二次迭代调用iter(a,1)返回2,a[2],...,直到第一个非nil元素。
pairs函数的实现可以利用next方法:
function pairs(t) return next,t,nil end
也可以直接使用next方法来迭代一个table:
lst = {100,250,x="bj",37,"chen", 4,y="qi"} for k,v in next,lst do print(k,v) end
OK,上文提到的iterator都是无状态的迭代器,每一次迭代,迭代函数都是用两个常量(状态常量和控制变量)的值作为参数被调用。
在有些情况下,迭代器需要保存多个状态信息而不是简单的状态常量和控制变量,最简单的方法是使用闭包,
还有一种方法是将所有的状态信息封装到table内,将table作为迭代器的状态常量。
allwords的另一个实现版本:
local iterator function allwords() local state={line=io.read(), pos=1} return iterator, state end function iterator(state) while state.line do local s,e=string.find(state.line, "%w+", state.pos) if s then state.pos = e+1 return string.sub(state.line, s,e) else state.line = io.read() state.pos = 1 end end return nil end