Lua中的函數(shù)是一階類型值(first-class value)，定義函數(shù)就象創(chuàng)建普通類型值一樣(只不過函數(shù)類型值的數(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為該內(nèi)嵌函數(shù)的外部局部變量(external local variable)或者upvalue(這個詞多少會讓人產(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，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？這就涉及到一個相當(dāng)重要的概念——閉包(closure)。事實(shí)上，Lua編譯一個函數(shù)時，會為它生成一個原型(prototype)，其中包含了函數(shù)體對應(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，每當(dāng)Lua執(zhí)行一個形如function...end 這樣的表達(dá)式時，它就會創(chuàng)建一個新的數(shù)據(jù)對象，其中包含了相應(yīng)函數(shù)原型的引用、環(huán)境(environment，用來查找全局變量的表)的引用以及一個由所有upvalue引用組成的數(shù)組，而這個數(shù)據(jù)對象就稱為閉包。由此可見，函數(shù)是編譯期概念，是靜態(tài)的，而閉包是運(yùn)行期概念，是動態(tài)的。g1和g2的值嚴(yán)格來說不是函數(shù)而是閉包，并且是兩個不相同的閉包，而每個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，我們對它們不做區(qū)分。

    使用upvalue很方便，但它們的語義也很微妙，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?？蚣苌?stack frame)的，所以只要upvalue還沒有離開自己的作用域，它就一直生存在函數(shù)堆棧上。這種情況下，閉包將通過指向堆棧上的upvalue的引用來訪問它們，一旦upvalue即將離開自己的作用域(這也意味著它馬上要從堆棧中消失)，閉包就會為它分配空間并保存當(dāng)前的值，以后便可通過指向新分配空間的引用來訪問該upvalue。當(dāng)執(zhí)行到f1(1979)的n = n + 10時，閉包已經(jīng)創(chuàng)建了，但是n并沒有離開作用域，所以閉包仍然引用堆棧上的n，當(dāng)return f2完成時，n即將結(jié)束生命，此時閉包便將n(已經(jīng)是1989了)復(fù)制到自己管理的空間中以便將來訪問。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，即Create的局部變量n。前面已說過，執(zhí)行完Create調(diào)用后，閉包會把堆棧上n的值復(fù)制出來，那么是否f1和f2就分別擁有一個n的拷貝呢？其實(shí)不然，當(dāng)Lua發(fā)現(xiàn)兩個閉包的upvalue指向的是當(dāng)前堆棧上的相同變量時，會聰明地只生成一個拷貝，然后讓這兩個閉包共享該拷貝，這樣任一個閉包對該upvalue進(jìn)行修改都會被另一個探知。上述例子很清楚地說明了這點(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。upvalue的這種語義很有價值，它使得閉包之間可以不依賴全局變量進(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這兩個閉包被創(chuàng)建時堆棧上根本找不到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，同時它也是foo的upvalue。t = Test(1979)之后，t這個閉包一定已經(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就會自動到它們的外包閉包(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upvalue。這是為什么呢？其實(shí)，g1和g2與f1和f2都是同一個閉包(t)創(chuàng)建的，所以它們引用的upvalue(n)實(shí)際也是同一個變量，而剛才描述的搜索機(jī)制則保證了最后它們的upvalue引用都會指向同一個地方。