深入解讀Lua中迭代器與泛型for的使用
泛型for原理
迭代器是一種可以遍歷集合中所有元素的機(jī)制，在Lua中通常將迭代器表示為函數(shù)，每調(diào)用一次函數(shù)，就返回集合中“下一個(gè)”元素。每個(gè)迭代器都需要在每次成功調(diào)用之間保持一些狀態(tài)，這樣才能知道它所在的位置及如何步進(jìn)到下一個(gè)位置，closure就可以完成此項(xiàng)工作。下面的示例是列表的一個(gè)簡(jiǎn)單的迭代器：
function values(t) local i = 0 return function() i = i + 1; return t[i] end end
循環(huán)調(diào)用：
t = {10, 20, 30}
iter = values(t)
while true do
local el = iter()
if el == nil then break end
print(el)
end
泛型for調(diào)用
for el in values(t) do print(el) end
泛型for為一次迭代循環(huán)做了所有的簿記工作。它在內(nèi)部保存了迭代器函數(shù)，并在每次迭代時(shí)調(diào)用迭代器，在迭代器返回nil時(shí)結(jié)束循環(huán)。實(shí)際上泛型for保存了3個(gè)值：迭代器函數(shù)f、恒定狀態(tài)s、控制變量a。for做的第一件事就是對(duì)in后面的表達(dá)式求值，并返回3個(gè)值供for保存；接著for會(huì)以s和a來調(diào)用f。在循環(huán)過程中控制變量的值依次為a1 = f(s, a0)，a2 = f(s, a1)，依次類推，直至ai為nil結(jié)束循環(huán)。
先看一段代碼
for element in list_iter(t) do print(element) end
在不往下看之前，我們可以先試圖根據(jù)我們已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)去理解這段代碼。如果這樣，list_iter(t)應(yīng)該返回一個(gè)類似集合的東西，而我們已經(jīng)知道實(shí)際上只返回了一個(gè)匿名函數(shù)，也就是迭代器。當(dāng)然，每次調(diào)用迭代器都可以得到一個(gè)元素，迭代器的所有的結(jié)果倒是可以看成一個(gè)集合。因素齊了，我們需要一個(gè)邏輯上的解釋，這個(gè)邏輯就是 泛型for的語義。
先看文法規(guī)定：
for <var-list> in <exp-list> do <body> end
整個(gè)過程是這樣的：
首先，初始化，計(jì)算 in 后面表達(dá)式的值，表達(dá)式應(yīng)該返回 泛型for 需要的三個(gè)值：迭代函數(shù)、狀態(tài)常量、控制變量；與多值賦值一樣，如果表達(dá)式返回的結(jié)果個(gè)數(shù)不足三個(gè)會(huì)自
動(dòng)用nil 補(bǔ)足，多出部分會(huì)被忽略。
第二，將狀態(tài)常量和控制變量作為參數(shù)調(diào)用迭代函數(shù)（注意：對(duì)于 for 結(jié)構(gòu)來說，狀態(tài)常量沒有用處，僅僅在初始化時(shí)獲取他的值并傳遞給迭代函數(shù)）。
第三，將迭代函數(shù)返回的值賦給變量列表。
第四，如果返回的第一個(gè)值為 nil 循環(huán)結(jié)束，否則執(zhí)行循環(huán)體。
第五，回到第二步再次調(diào)用迭代函數(shù)。
更具體地說：
for var_1, ..., var_n in explist do block end
等價(jià)于
do local _f, _s, _var = explist while true do local var_1, ... , var_n = _f(_s, _var) _var = var_1 if _var == nil then break end block end end
泛型 for 在自己內(nèi)部保存三個(gè)值：迭代函數(shù)、狀態(tài)常量、控制變量。
迭代器的狀態(tài)
無狀態(tài)的迭代器本身不保存任何狀態(tài)，for循環(huán)只會(huì)用恒定狀態(tài)和控制變量來調(diào)用迭代器函數(shù)。這類迭代器典型例子就是ipairs，下面是ipairs的Lua實(shí)現(xiàn)：
local function iter(s, i) i = i + 1 local v = s[i] if v then return i, v end end function ipairs(s) return iter, s, 0 end
當(dāng)for循環(huán)調(diào)用ipairs(list)時(shí)，會(huì)獲得3個(gè)值，然后Lua調(diào)用iter(list, 0)得到list, list[1]，調(diào)用iter(list, 1)得到list, list[2]，知道得到一個(gè)nil為止。
雖然泛型for只提供一個(gè)恒定狀態(tài)和一個(gè)控制變量用于狀態(tài)的保存，但有時(shí)需要保存許多其他狀態(tài)。這時(shí)可以用closure來保存，或者將所需的狀態(tài)打包為一個(gè)table，并保存在恒定狀態(tài)中。
閉包、迭代器和泛型for
到現(xiàn)在，Lua為我們準(zhǔn)備了三塊積木：閉包、泛型for和迭代器。一個(gè)循環(huán)，我們可以利用閉包+迭代器，也可以使用泛型for+迭代器。那我們?cè)撛趺慈∩崮?？Lua也給出了建
議。
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 for i, v in ipairs(a) do print(i, v) end
這種情況是Lua最推薦的，迭代器不依賴upvalue，不產(chǎn)生閉包，狀態(tài)常量和控制變量借助泛型for保存，通過迭代器的參數(shù)傳遞給了迭代器。
再給一個(gè)書中的例子：
local iterator -- to be defined later
function allwords()
local state = {line = io.read(), pos = 1}
return iterator, state
end
function iterator (state)
while state.line do -- repeat while there are lines
-- search for next word
local s, e = string.find(state.line, "%w+", state.pos)
if s then -- found a word?
-- update next position (after this word)
state.pos = e + 1
return string.sub(state.line, s, e)
else -- word not found
state.line = io.read() -- try next line...
state.pos = 1 -- ... from first position
end
end
return nil -- no more lines: end loop
end
這樣好不好呢，Lua給的答案是否定的。書中有一段話說得很清楚：
我們應(yīng)該盡可能的寫無狀態(tài)的迭代器，因?yàn)檫@樣循環(huán)的時(shí)候由for 來保存狀態(tài)，不需要?jiǎng)?chuàng)建對(duì)象花費(fèi)的代價(jià)??；如果不能用無狀態(tài)的迭代器實(shí)現(xiàn)，應(yīng)盡可能使用閉包；盡可能不
要使用table 這種方式，因?yàn)閯?chuàng)建閉包的代價(jià)要比創(chuàng)建table 小，另外Lua 處理閉包要比處理table 速度快些。
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