关于LUA中闭包操作学习教程

关于LUA闭包操作学习教程是本文要介绍的内容,Lua中的函数是一阶类型值(first-class value),定义函数就象创建普通类型值一样(只不过函数类型值的数据主要是一条条指令而已),所以在函数体中仍然可以定义函数。假设函数f2定义在函数f1中,那么就称f2为f1的内嵌(inner)函数,f1为f2的外包(enclosing)函数,外包和内嵌都具有传递性,即f2的内嵌必然是f1的内嵌,而f1的外包也一定是f2的外包。

内嵌函数可以访问外包函数已经创建的所有局部变量,这种特性便是所谓的词法定界(lexical scoping),而这些局部变量则称为该内嵌函数的外部局部变量(external local variable)或者upvalue(这个词多少会让人产生误解,因为upvalue实际指的是变量而不是值)。试看如下代码:

function f1(n) 

函数参数也是局部变量

   local function f2()  


      print(n) -- 引用外包函数的局部变量  


   end  


   return f2  


end  


 



g1 = f1(1979)  



g1() -- 打印出1979  



g2 = f1(500)  



g2() -- 打印出500 

当执行完g1 = f1(1979)后,局部变量n的生命本该结束,但因为它已经成了内嵌函数f2(它又被赋给了变量g1)的upvalue,所以它仍然能以某种形式继续“存活”下来,从而令g1()打印出正确的值。

可为什么g2与g1的函数体一样(都是f1的内嵌函数f2的函数体),但打印值不同?这就涉及到一个相当重要的概念DD闭包(closure)。事实上,Lua编译一个函数时,会为它生成一个原型(prototype),其中包含了函数体对应的虚拟机指令、函数用到的常量值(数,文本字符串等等)和一些调试信息。

在运行时,每当Lua执行一个形如function...end 这样的表达式时,它就会创建一个新的数据对象,其中包含了相应函数原型的引用、环境(environment,用来查找全局变量的表)的引用以及一个由所有upvalue引用组成的数组,而这个数据对象就称为闭包。由此可见,函数是编译期概念,是静态的,而闭包是运行期概念,是动态的。

g1和g2的值严格来说不是函数而是闭包,并且是两个不相同的闭包,而每个闭包可以保有自己的upvalue值,所以g1和g2打印出的结果当然就不一样了。虽然闭包和函数是本质不同的概念,但为了方便,且在不引起混淆的情况下,我们对它们不做区分。

使用upvalue很方便,但它们的语义也很微妙,需要引起注意。比如将f1函数改成:

function f1(n)  


   local function f2()  


      print(n)  


   end  



   nn = n + 10  



   return f2  


end  


 



g1 = f1(1979)  



g1() -- 打印出1989 

内嵌函数定义在n = n + 10这条语句之前,可为什么g1()打印出的却是1989?upvalue实际是局部变量,而局部变量是保存在函数堆栈框架上(stack frame)的,所以只要upvalue还没有离开自己的作用域,它就一直生存在函数堆栈上。这种情况下,闭包将通过指向堆栈上的upvalue的引用来访问它们,一旦upvalue即将离开自己的作用域(这也意味着它马上要从堆栈中消失),闭包就会为它分配空间并保存当前的值,以后便可通过指向新分配空间的引用来访问该upvalue。

当执行到f1(1979)的n = n + 10时,闭包已经创建了,但是n并没有离开作用域,所以闭包仍然引用堆栈上的n,当return f2完成时,n即将结束生命,此时闭包便将n(已经是1989了)复制到自己管理的空间中以便将来访问。弄清楚了内部的秘密后,运行结果就不难解释了。

upvalue还可以为闭包之间提供一种数据共享的机制。试看下例:

function Create(n)  


   local function foo1()  


      print(n)  


   end  


   local function foo2()  



      nn = n + 10  



   end  


   return foo1,foo2  


end  



f1,f2 = Create(1979)  



f1() -- 打印1979  


f2()  


f1() -- 打印1989  


f2()  


f1() -- 打印1999 

f1,f2这两个闭包的原型分别是Create中的内嵌函数foo1和foo2,而foo1和foo2引用的upvalue是同一个,即Create的局部变量n。前面已说过,执行完Create调用后,闭包会把堆栈上n的值复制出来,那么是否f1和f2就分别拥有一个n的拷贝呢?其实不然,当Lua发现两个闭包的upvalue指向的是当前堆栈上的相同变量时,会聪明地只生成一个拷贝,然后让这两个闭包共享该拷贝,这样任一个闭包对该upvalue进行修改都会被另一个探知。

上述例子很清楚地说明了这点:每次调用f2都将upvalue的值增加了10,随后f1将更新后的值打印出来。upvalue的这种语义很有价值,它使得闭包之间可以不依赖全局变量进行通讯,从而使代码的可靠性大大提高。

闭包在创建之时其upvalue就已经不在堆栈上的情况也有可能发生,这是因为内嵌函数可以引用更外层外包函数的局部变量:

function Test(n)  


   local function foo()  


      local function inner1()  


         print(n)  


      end  


      local function inner2()  



         nn = n + 10  



      end  


      return inner1,inner2  


   end  


   return foo  


end  


 



t = Test(1979)  




f1,f2 = t()  



f1()        -- 打印1979  


f2()  


f1()        -- 打印1989  



g1,g2 = t()  



g1()        -- 打印1989  


g2()  


g1()        -- 打印1999  


f1()        -- 打印1999 

执行完t = Test(1979)后,Test的局部变量n就“死”了,所以当f1,f2这两个闭包被创建时堆栈上根本找不到n的踪影,这叫它们如何取得n的值呢?呵呵,不要忘了Test函数的n不仅仅是inner1和inner2的upvalue,同时它也是foo的upvalue。t = Test(1979)之后,t这个闭包一定已经把n妥善保存好了,之后f1、f2如果在当前堆栈上找不到n就会自动到它们的外包闭包(姑且这么叫)的upvalue引用数组中去找,并把找到的引用值拷贝到自己的upvalue引用数组中。

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