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            colorful

            zc qq:1337220912

             

            Lua closure upvalue (轉(zhuǎn))

            function是和數(shù)值、字符串同等地位的基本類(lèi)型!

              Lua中的函數(shù)是一階類(lèi)型值(first-class value),定義函數(shù)就象創(chuàng)建普通類(lèi)型值一樣(只不過(guò)函數(shù)類(lèi)型值的數(shù)據(jù)主要是一條條指令而已),所以在函數(shù)體中仍然可以定義函數(shù)。假設(shè)函數(shù)f2定義在函數(shù)f1中,那么就稱(chēng)f2為f1的內(nèi)嵌(inner)函數(shù),f1為f2的外包 (enclosing)函數(shù),外包和內(nèi)嵌都具有傳遞性,即f2的內(nèi)嵌必然是f1的內(nèi)嵌,而f1的外包也一定是f2的外包。內(nèi)嵌函數(shù)可以訪問(wèn)外包函數(shù)已經(jīng)創(chuàng)建的所有局部變量,這種特性便是所謂的詞法定界(lexical scoping),而這些局部變量則稱(chēng)為該內(nèi)嵌函數(shù)的外部局部變量(external  local variable)或者upvalue(這個(gè)詞多少會(huì)讓人產(chǎn)生誤解,因?yàn)閡pvalue實(shí)際指的是變量而不是值)。試看如下代碼:

              function f1(n)
              -- 函數(shù)參數(shù)也是局部變量
              
              local function f2()
              print(n) -- 引用外包函數(shù)的局部變量
              end
              return f2
              end
              
              g1 = f1(1979)
              g1() -- 打印出1979
              g2 = f1(500)
              g2() -- 打印出500
              
              當(dāng)執(zhí)行完g1 = f1(1979)后,局部變量n的生命本該結(jié)束,但因?yàn)樗呀?jīng)成了內(nèi)嵌函數(shù)f2(它又被賦給了變量g1)的upvalue,所以它仍然能以某種形式繼續(xù)“存活”下來(lái),從而令g1()打印出正確的值。
              
              可為什么g2與g1的函數(shù)體一樣(都是f1的內(nèi)嵌函數(shù)f2的函數(shù)體),但打印值不同?這就涉及到一個(gè)相當(dāng)重要的概念——閉包(closure)。事實(shí)上,Lua編譯一個(gè)函數(shù)時(shí),會(huì)為它生成一個(gè)原型(prototype),其中包含了函數(shù)體對(duì)應(yīng)的虛擬機(jī)指令、函數(shù)用到的常量值(數(shù),文本字符串等等)和一些調(diào)試信息。在運(yùn)行時(shí),每當(dāng)Lua執(zhí)行一個(gè)形如function...end 這樣的表達(dá)式時(shí),它就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的數(shù)據(jù)對(duì)象,其中包含了相應(yīng)函數(shù)原型的引用、環(huán)境(environment,用來(lái)查找全局變量的表)的引用以及一個(gè)由所有upvalue引用組成的數(shù)組,而這個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象就稱(chēng)為閉包。由此可見(jiàn),函數(shù)是編譯期概念,是靜態(tài)的,而閉包是運(yùn)行期概念,是動(dòng)態(tài)的。g1和g2的值嚴(yán)格來(lái)說(shuō)不是函數(shù)而是閉包,并且是兩個(gè)不相同的閉包,而每個(gè)閉包可以保有自己的 upvalue值,所以g1和g2打印出的結(jié)果當(dāng)然就不一樣了。雖然閉包和函數(shù)是本質(zhì)不同的概念,但為了方便,且在不引起混淆的情況下,我們對(duì)它們不做區(qū)分。
              
              使用upvalue很方便,但它們的語(yǔ)義也很微妙,需要引起注意。比如將f1函數(shù)改成:
              
              function f1(n)
              local function f2()
              print(n)
              end
              n = n + 10
              return f2
              end
              
              g1 = f1(1979)
              g1() -- 打印出1989
              
              內(nèi)嵌函數(shù)定義在n = n + 10這條語(yǔ)句之前,可為什么g1()打印出的卻是1989?upvalue實(shí)際是局部變量,而局部變量是保存在函數(shù)堆棧框架上(stack frame)的,所以只要upvalue還沒(méi)有離開(kāi)自己的作用域,它就一直生存在函數(shù)堆棧上。這種情況下,閉包將通過(guò)指向堆棧上的 upvalue的引用來(lái)訪問(wèn)它們,一旦upvalue即將離開(kāi)自己的作用域(這也意味著它馬上要從堆棧中消失),閉包就會(huì)為它分配空間并保存當(dāng)前的值,以后便可通過(guò)指向新分配空間的引用來(lái)訪問(wèn)該upvalue。當(dāng)執(zhí)行到f1(1979)的n = n + 10時(shí),閉包已經(jīng)創(chuàng)建了,但是n并沒(méi)有離開(kāi)作用域,所以閉包仍然引用堆棧上的n,當(dāng)return f2完成時(shí),n即將結(jié)束生命,此時(shí)閉包便將n(已經(jīng)是1989了)復(fù)制到自己管理的空間中以便將來(lái)訪問(wèn)。弄清楚了內(nèi)部的秘密后,運(yùn)行結(jié)果就不難解釋了。
              
              upvalue還可以為閉包之間提供一種數(shù)據(jù)共享的機(jī)制。試看下例:
              
              function Create(n)
              local function foo1()
              print(n)
              end
              
              local function foo2()
              n = 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這兩個(gè)閉包的原型分別是Create中的內(nèi)嵌函數(shù)foo1和foo2,而foo1和foo2引用的upvalue是同一個(gè),即Create的局部變量n。前面已說(shuō)過(guò),執(zhí)行完Create調(diào)用后,閉包會(huì)把堆棧上n的值復(fù)制出來(lái),那么是否f1和f2就分別擁有一個(gè)n的拷貝呢?其實(shí)不然,當(dāng)Lua發(fā)現(xiàn)兩個(gè)閉包的upvalue指向的是當(dāng)前堆棧上的相同變量時(shí),會(huì)聰明地只生成一個(gè)拷貝,然后讓這兩個(gè)閉包共享該拷貝,這樣任一個(gè)閉包對(duì)該upvalue進(jìn)行修改都會(huì)被另一個(gè)探知。上述例子很清楚地說(shuō)明了這點(diǎn):每次調(diào)用f2都將upvalue的值增加了10,隨后f1將更新后的值打印出來(lái)。upvalue的這種語(yǔ)義很有價(jià)值,它使得閉包之間可以不依賴(lài)全局變量進(jìn)行通訊,從而使代碼的可靠性大大提高。
              
              閉包在創(chuàng)建之時(shí)其upvalue就已經(jīng)不在堆棧上的情況也有可能發(fā)生,這是因?yàn)閮?nèi)嵌函數(shù)可以引用更外層外包函數(shù)的局部變量:
              
              function Test(n)
              local function foo()
              local function inner1()
              print(n)
              end
              local function inner2()
              n = 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
              
              執(zhí)行完t = Test(1979)后,Test的局部變量n就“死”了,所以當(dāng)f1,f2這兩個(gè)閉包被創(chuàng)建時(shí)堆棧上根本找不到n的蹤影,這叫它們?nèi)绾稳〉胣的值呢?呵呵,不要忘了Test函數(shù)的n不僅僅是inner1和inner2的upvalue,同時(shí)它也是foo的upvalue。t =  Test(1979)之后,t這個(gè)閉包一定已經(jīng)把n妥善保存好了,之后f1、f2如果在當(dāng)前堆棧上找不到n就會(huì)自動(dòng)到它們的外包閉包(姑且這么叫)的 upvalue引用數(shù)組中去找,并把找到的引用值拷貝到自己的upvalue引用數(shù)組中。仔細(xì)觀察上述代碼,可以判定g1和g2與f1和f2共享同一個(gè) upvalue。這是為什么呢?其實(shí),g1和g2與f1和f2都是同一個(gè)閉包(t)創(chuàng)建的,所以它們引用的upvalue(n)實(shí)際也是同一個(gè)變量,而剛才描述的搜索機(jī)制則保證了最后它們的upvalue引用都會(huì)指向同一個(gè)地方。
              
              Lua將函數(shù)做為基本類(lèi)型值并支持詞法定界的特性使得語(yǔ)言具有強(qiáng)大的抽象能力。而透徹認(rèn)識(shí)函數(shù)、閉包和upvalue將幫助程序員善用這種能力。

            posted on 2012-02-28 20:13 多彩人生 閱讀(2023) 評(píng)論(0)  編輯 收藏 引用


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