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Lua闭包

article 2024/9/21 19:58:40

前提概念

词法定界：当一个函数内嵌套另一个函数的时，内嵌函数可以访问外部函数的局部变量，这种特征叫做词法定界。

第一类值：在Lua中，函数是一个值，它可以存在于变量中、可以作为函数参数，也可以作为返回值return。

upvalue：内嵌函数可以访问外部函数已经创建的局部变量，这些局部变量则称为该内嵌函数的外部局部变量（即upvalue）。

Lua中upvalue存储结构：GC信息、指向原型（Prototype）的指针、若干指向upvalue指针
在这里插入图片描述

一个upvalue有两种状态：open和closed。

当upvalue创建时，是open状态，并且它的指针指向Lua栈中对应的变量。

当Lua关闭了一个upvalue，upvalue指向的值被复制到upvalue结构内部，并且指针也相应进行调整。如图所示：
在这里插入图片描述

定义

闭包（closure）是由一个函数和该函数会访问父函数的外部局部变量（upvalue）组成的实体，主要应用在嵌套函数和匿名函数里。

简单理解，闭包由三部分组成：外部函数+外部函数的upvalue+内部函数（闭包函数）

应用

1、闭包的数据隔离
不同实例上的两个不同闭包，闭包中的upvalue变量各自独立，从而实现数据隔离

function func()
  -- 局部变量 index 保存在函数内部中
  local index = 0
  return function()
    print("index is: ", index)
    index = index + 1
  end
end

-- Test
local f1 = func()
f1() -- index is: 0
f1() -- index is: 1

local f2 = func()
f2() -- index is: 0
f2() -- index is: 1

2、闭包的数据共享
两个闭包共享一份变量upvalue，闭包创建时需要的变量不在堆栈上，引用的是更外部函数的局部变量（即upvlaue）,变量（对应于示例中的变量n）是同一个，引用也指向同一个地方，从而实现对共享数据进行访问和修改。

function shareVar(n)
    local function func1()
        print(n)
    end
    
    local function func2()
        n = n + 10
        print(n)
    end
    return func1,func2
end
--创建闭包，f1,f2两个闭包共享同一份upvalue
local f1,f2 = shareVar(1024) 

f1() -- 输出1024
f2() -- 输出1034
f1() -- 输出1034
f2() -- 输出1044

3、利用闭包实现简单的迭代器

迭代器只是一个生成器，本身不带循环。需要在循环里面去调用它。

--- 利用闭包实现iterator,iterator是一个工厂，每次调用都会产生一个新的闭包,该闭包内部包括了upvalue(t,i,n)
--- 因此每调用一次该函数都会产生闭包，那么该闭包就会根据记录上一次的状态，以及返回table中的下一个元素
function iterator(t)
    local i = 0
    local n = #t
    return function()
        i = i + 1
        if i <= n then
            return t[i]
        end
    end
end

testTable = {1,2,3,"a","b"}

-- while中使用迭代器
iter1 = iterator(testTable) --调用迭代器产生一个闭包
while true do
    local element = iter1()
    if nil == element then
        break;
    end
    print(element)
end

-- for中使用迭代器
for element in iterator(testTable) do --- 这里的iterator()工厂函数只会被调用一次产生一个闭包函数，后面的每一次迭代都是用该闭包函数，而不是工厂函数
    print(element)
end

4、创建安全的运行环境（沙盒）

如，通过使用闭包重定义函数 io.open 来限制一个程序能够访问的文件

do
    local oldOpen = io.open
    local accessOk = function(filename, mode)
      --<权限访问检查>
    end
    io.open = function (filename, mode)
        if accessOk(filename, mode) then
          return oldOpen(filename, mode)
        else
          return nil, "access denied"
        end
    end
end