Lua函数之二

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^ end          -- 函数构造式
 
local function foo(x) return x^ 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 >  then return foo(n-) 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)+   　　　　 -- 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 = 
 
    return function() i = i +  return i end
 
end
 
c1 = foo()
c2 = foo()
 
print(c1())      --
print(c1())      --
print(c2())      --

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=
    local n=#t
 
    return function()
        i=i+
        if i<=n then return t[i] end
    end
end 
 
a={,,}
 
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 = 
 
    return function()
        while line do
            local s,e=string.find(line, "%w+", pos)
            if s then
                pos = e+
                return string.sub(line, s, e)
            else
                line=io.read()
                pos=
            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 =
allwords(function(w)
        if w=="hello" then count=count+ 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 +
    local v=a[i]
    if v then return i,v end
end 
 
function ipairs(a)
    return iter, a,
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 = {,,x="bj",,"chen", ,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=}
    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+
            return string.sub(state.line, s,e)
        else
            state.line = io.read()
            state.pos =
        end
    end
 
    return nil
end