Lua语法基础(3)--迭代器和泛型for

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迭代器和闭包

迭代器是一种支持指针类型的结构，它可以遍历集合的每一个元素。在Lua中我们常常使用函数来描述迭代器，每次调用该函数就返回集合的下一个元素。

迭代器需要保留上一次成功调用的状态和下一次成功调用的状态，也就是他知道来自于哪里和将要前往哪里。闭包提供的机制可以很容易实现这个任务。记住：闭包是一个内部函数，它可以访问一个或者多个外部函数的外部局部变量。每次闭包的成功调用后这些外部局部变量都保存他们的值（状态）。当然如果要创建一个闭包必须要创建其外部局部变量。所以一个典型的闭包的结构包含两个函数：一个是闭包自己；另一个是工厂（创建闭包的函数）。

举一个简单的例子，我们为一个list写一个简单的迭代器，与ipairs()不同的是我们实现的这个迭代器返回元素的值而不是索引下标：

function list_iter (t)

　　local i = 0
　　local n = table.getn(t)
　　return function ()
　　　　i = i + 1
　　　　if i <= n then return t[i] end
　　end
end

这个例子中list_iter是一个工厂，每次调用他都会创建一个新的闭包（迭代器本身）。闭包保存内部局部变量(t,i,n)，因此每次调用他返回list中的下一个元素值，当list中没有值时，返回nil.我们可以在while语句中使用这个迭代器：

t = {10, 20, 30}
iter = list_iter(t) -- creates the iterator
while true do
　　local element = iter() -- calls the iterator
　　if element == nil then break end
　　print(element)
end

我们设计的这个迭代器也很容易用于范性for语句。

t = {10, 20, 30}
for element in list_iter(t) do
　　print(element)
end

范性for为迭代循环处理所有的薄记（bookkeeping）：首先调用迭代工厂；内部保留迭代函数，因此我们不需要iter变量；然后在每一个新的迭代处调用迭代器函数；当迭代器返回nil时循环结束。

范性for的语义

前面我们看到的迭代器有一个缺点：每次调用都需要创建一个闭包，大多数情况下这种做法都没什么问题，然而在有些情况下创建闭包的代价是不能忍受的。在这些情况下我们可以使用范性for本身来保存迭代的状态。

前面我们看到在循环过程中范性for在自己内部保存迭代函数，实际上它保存三个值:迭代函数，状态常量和控制变量.下面详细说明。

范性for的文法如下：

for <var-list> in <exp-list> do
　　<body>
End

<var-list>是一个或多个以逗号分割的变量名列表，<exp-list>是一个或多个以逗号分割的表达式列表，通常情况下exp-list只有一个值：迭代工厂的调用。

for k, v in pairs(t) do
　　print(k, v)
end

变量列表k,v；表达式列表pair(t)。

我们称变量列表中第一个变量为控制变量，其值为nil时循环结束。

下面我们看看范性for的执行过程：

首先，初始化，计算in后面表达式的值，表达式应该返回范性for需要的三个值：迭代函数，状态常量和控制变量；与多值赋值一样，如果表达式返回的结果个数不足三个会自动用nil补足，多出部分会被忽略。

第二，将状态常量和控制变量作为参数调用迭代函数（注意：对于for结构来说，状态常量没有用处，仅仅在初始化时获取他的值并传递给迭代函数）。

第三，将迭代函数返回的值赋给变量列表。

第四，如果返回的第一个值为nil循环结束，否则执行循环体。

第五，回到第二步再次调用迭代函数。

更精确的来说：

for var_1, ..., var_n in explist do block end

等价于：

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

如果我们的迭代函数是f，状态常量是s，控制变量的初始值是a0，那么控制变量将循环：a1=f(s,a0)、a2=f(s,a1)、⋯⋯，直到ai=nil。

无状态的迭代器

每一次迭代，迭代函数都是用两个变量（状态常量和控制变量）的值作为参数被调用，一个无状态的迭代器只利用这两个值可以获取下一个元素。这种无状态迭代器的典型的简单的例子是ipairs，他遍历数组的每一个元素。

a = {"one", "two", "three"}
for i, v in ipairs(a) do
    print(i, v)
end

迭代的状态包括被遍历的表（循环过程中不会改变的状态常量）和当前的索引下标（控制变量），ipairs和迭代函数都很简单，我们在Lua中可以这样实现：

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

当Lua 调用 ipairs(a)开始循环时，他获取三个值:迭代函数 iter，状态常量 a 和控制变量初始值0；然后Lua调用iter(a,0)返回1,a[1]（除非a[1]=nil）；第二次迭代调用iter(a,1)返回2,a[2]⋯⋯直到第一个非nil元素。

多状态的迭代器

很多情况下，迭代器需要保存多个状态信息而不是简单的状态常量和控制变量，最简单的方法是使用闭包，还有一种方法就是将所有的状态信息封装到table内，将table作为迭代器的状态常量，因为这种情况下可以将所有的信息存放在table内，所以迭代函数通常不需要第二个参数。

下面我们写allwords迭代器，不适用闭包，而是使用带有两个域（line,pos）的table。

开始的迭代函数很简单，必须返回迭代函数和初始状态。

local iterator -- to be defined later
function allwords()local state = {line = io.read(), pos = 1}
    return iterator, state
end

真正的处理工作是在迭代函数内完成：

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
　　　　　　state.pos = e+1
　　　　　　return string.sub(state.line,s,e)
　　　　else
　　　　　　state.line = io.read()
　　　　　　state.pos = 1
　　　　end
　　end
　　return nil
end