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深入谈谈lua中神奇的table

Lua中的table可作为字典、数组、环境、模块、对象和类使用。字典支持任意非nil键类型,遍历无序;数组索引从1开始,#对空洞处理需谨慎。table掌管全局环境_G和局部环境_ENV,模块本质为table。对象通过闭包实现私有成员,冒号语法糖简化self传递;类借助元表__index实现继承。

本文目录

    最近为了折腾 awesome WM,顺手翻了翻 Lua 的语法。不翻不知道,一翻吓一跳——Lua 里的 table 简直是个万能工具,灵活得有点不讲道理。

    table 在 Lua 中几乎无处不在:最基础的是当字典和数组用;进阶一点,可以用来设置闭包环境、组织模块;再往上,甚至连对象和类的模拟,也是靠它撑起来的。可以说,理解了 table,就理解了 Lua 的一半核心。

    字典

    table 最基本的使用场景,就是当作字典。它的 key 可以是任何类型的值——nil 除外。

    t={}
    t[{}] = "table"  -- key 可以是 table
    t[1] = "int"  -- key 可以是整数
    t[1.1] = "double" -- key 可以是小数
    t[function () end] = "function" -- key 可以是函数
    t[true] = "Boolean" -- key 可以是布尔值
    t["abc"] = "String" -- key 可以是字符串
    t[io.stdout] = "userdata" -- key 可以是userdata
    t[coroutine.create(function () end)] = "Thread" -- key可以是thread

    当 table 作为字典时,可以用 pairs 来遍历所有键值对。

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

    运行结果是这样的:

    1 -> int
    1.1 -> double
    thread: 0x220bb08 -> Thread
    table: 0x220b670 -> table
    abc -> String
    file (0x7f34a81ef5c0) -> userdata
    function: 0x220b340 -> function
    true -> Boolean

    从结果中能发现一个有趣的特性:pairs 遍历的次序并不是固定的,而是随机的。同样的代码多跑几次,输出顺序可能完全不一样。

    在实际开发中,key 最常见的类型是整数和字符串。当 key 是字符串时,table 可以当成结构体来用,而且写法上有个糖:t["field"] 可以直接写成 t.field。

    数组

    当 key 变成整数时,table 就摇身一变,成了一个数组。而且这个数组的索引从1开始计数,没有固定长度,还能根据需要自动增长。

    a = {}
    for i=0,5 do  -- 注意,这里故意写成了i从0开始
     a[i] = 0
    end

    如果想取数组的长度,可以用 # 操作符。

    print(#a)

    猜猜结果多长?

    5

    没错,答案是 5。这说明 a[0] 这号索引根本不参与长度计算。我们再拿 ipairs 验证一下:

    for i,v in ipairs(a) do
     print(i,v)
    end

    结果:

    1 0
    2 0
    3 0
    4 0
    5 0

    从 1 到 5,a[0] 确实被无视了。这个“从 1 开始”的习惯,刚接触时容易踩坑,习惯就好。

    另外,当数组的索引不连贯时,# 的行为会变得相当诡异,需要额外小心。

    a = {}
    for i=1,5 do
     a[i] = 0
    end
    a[8] = 0   -- 虽然索引不连贯,但长度是以最大索引为准
    print(#a)
    a[100] = 0   -- 索引不连贯,而且长度不再以最大索引为准了
    print(#a)

    结果:

    8
    8

    一旦索引空洞太大,# 就不一定等于最大索引。而 ipairs 则更保守,只会从 1 遍历到第一个中断处。

    for i,v in ipairs(a) do
     print(i,v)
    end

    结果:

    1 0
    2 0
    3 0
    4 0
    5 0

    所以,如果不确定索引是否连续,遍历数组时最好用 pairs 或者自己维护一个索引列表,别盲目信 #。

    环境(命名空间)

    Lua 把所有全局变量和局部变量,都塞进一个常规的 table 里管理。这个 table 被称为“环境”。为了方便,Lua 在创建全局环境时,直接用全局变量 _G 来引用它。

    换句话说,在没有手动设置环境的情况下,可以通过 _G[varname] 来存取任何全局变量的值。

    for k,v in pairs(_G) do
     print(k,"->",v)
    end

    结果会列出所有全局可用的名字:

    rawequal -> function: 0x41c2a0
    require -> function: 0x1ea4e70
    _VERSION -> Lua 5.3
    debug -> table: 0x1ea8ad0
    string -> table: 0x1ea74b0
    xpcall -> function: 0x41c720
    select -> function: 0x41bea0
    package -> table: 0x1ea4820
    assert -> function: 0x41cc50
    pcall -> function: 0x41cd10
    next -> function: 0x41c450
    tostring -> function: 0x41be70
    _G -> table: 0x1ea2b80
    coroutine -> table: 0x1ea4ee0
    unpack -> function: 0x424fa0
    loadstring -> function: 0x41ca00
    setmetatable -> function: 0x41c7e0
    rawlen -> function: 0x41c250
    bit32 -> table: 0x1ea8fc0
    utf8 -> table: 0x1ea8650
    math -> table: 0x1ea7770
    collectgarbage -> function: 0x41c650
    rawset -> function: 0x41c1b0
    os -> table: 0x1ea6840
    pairs -> function: 0x41c950
    arg -> table: 0x1ea9450
    table -> table: 0x1ea5130
    tonumber -> function: 0x41bf40
    io -> table: 0x1ea5430
    loadfile -> function: 0x41cb10
    error -> function: 0x41c5c0
    load -> function: 0x41ca00
    print -> function: 0x41c2e0
    dofile -> function: 0x41cbd0
    rawget -> function: 0x41c200
    type -> function: 0x41be10
    getmetatable -> function: 0x41cb80
    module -> function: 0x1ea4e00
    ipairs -> function: 0x41c970

    从 Lua 5.2 开始,你可以通过修改 _ENV 来为某个函数设置独立的环境(5.1 中的 setfenv 已被废除)。这样,函数内部的变量查找就会在一个全新的 table 中进行。

    a=1    -- 全局变量中a=1
    local env={a=10,print=_G.print} -- 新环境中a=10,并且确保能访问到全局的print函数
    function f1()
     local _ENV=env
     print("in f1:a=",a)
     a=a*10   -- 修改的是新环境中的a值
    end
    
    f1()
    print("globally:a=",a)
    print("env.a=",env.a)

    输出结果:

    in f1:a= 10
    globally:a= 1
    env.a= 100

    此外,新创建的闭包会继承它创建时的那个函数的环境。这个机制在实现沙箱或隔离上下文时非常有用。

    module

    Lua 中的模块,本质上也是一个 table。这个 table 包含了模块导出的所有函数和常量。定义模块的基础模板是这样的:

    module(模块名, package.seeall)

    module(模块名) 做的事情,相当于帮你自动搭建了一套环境:

    local modname = 模块名
    local M = {} -- M即为存放模块所有函数及常数的table
    _G[modname] = M
    package.loaded[modname] = M
    setmetatable(M,{__index=_G}) -- package.seeall可以使全局环境_G对当前环境可见
    local _ENV = M -- 设置当前的运行环境为 M,这样后续所有代码都不需要限定模块名了,所定义的所有函数自动变成M的成员
    <函数定义以及常量定义>

    return M -- module函数会帮你返回module table,而无需手工返回

    换句话说,你只管写函数和常量,模块的组织工作,Lua 已经帮你安排得明明白白。

    对象

    Lua 之所以能用 table 模拟对象,靠的是两个核心特性。

    第一,函数是第一类值。这意味着你可以在 table 里直接存放函数,让这个 table 既有数据,又有行为。

    Account = {balance = 0}
    function Account.withdraw(v)
     Account.balance = Account.balance - v
    end

    第二,Lua 支持闭包,可以用它来模拟私有成员变量。

    function new_account(b)
     local balance = b
     return {withdraw = function (v) balance = balance -v end,
      get_balance = function () return balance end
     }
    end
    
    a1 = new_account(1000)
    a1.withdraw(10)
    print(a1.get_balance())

    结果:

    990

    不过,第一种定义对象的方式有个明显的坑——方法里写死了 Account 这个名字。一旦你改了变量名或者把 Account 置空了,方法就崩了。

    a = Account
    Account = nil
    a.withdraw(10)     -- 会报错,因为Accout.balance不再存在

    解决方案很简单:给方法加一个参数,指向对象自身。

    Account = {balance=100}
    function Account.withdraw(self,v)
     self.balance = self.balance - v
    end
    a = Account
    Account = nil
    a.withdraw(a,10)     -- 没问题,这个时候 self 指向的是a,因此会去寻找 a.balance
    print(a.balance)

    结果:

    90

    既然 self 几乎总是调用方法的对象本身,Lua 干脆提供了一个语法糖:用冒号代替点号。function object:method(v) end 等价于 function object.method(self, v) end,而 object:method(v) 等价于 object.method(object, v)。冒号让代码更简洁,也少写一个参数。

    类

    当涉及类和继承时,就要请出元表和元方法了。在 Lua 中,对象和类其实没有严格的界限。

    当一个 table 被另一个 table 的 __index 元方法引用时,后者就可以访问前者中定义的方法。这时候,前一个 table 就相当于后一个的“类”。

    定义一个类的基本模板有两种。第一种:

    function 类名:new(o)
     o = o or {}
     setmetatable(o,{__index = self})
     return o
    end

    第二种更省事,少用一个 table:

    function 类名:new(o)
     o = o or {}
     setmetatable(o,self)
     self.__index = self
     return o
    end

    有一点需要注意,也是和其他面向对象语言不太一样的地方:Lua 的元方法定义在元表上,而不是对象自身。想清楚这一点,很多设计上的疑惑就能迎刃而解。

    总结

    以上就是对 Lua 中 table 几个核心用法的梳理。从字典、数组,到环境、模块,再到对象和类的模拟,table 的灵活度确实让人印象深刻。如果你也在学习或使用 Lua,希望这些内容能帮你少走一些弯路。

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