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Lua中pairs与ipairs的区别总结

最近在写一个流量转发的东西,用到了 nginx_lua_module 这个模块,需要根据 Header、Body 和 Cookie,按照流量比例把请求转发到其他地方。翻看前人留下的代码,发现循环遍历时,有时候用 pairs,有时候用 ipairs,风格并不统一,读起来让人有点困惑。 好在 Lua 官

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    最近在写一个流量转发的东西,用到了 nginx_lua_module 这个模块,需要根据 Header、Body 和 Cookie,按照流量比例把请求转发到其他地方。翻看前人留下的代码,发现循环遍历时,有时候用 pairs,有时候用 ipairs,风格并不统一,读起来让人有点困惑。

    好在 Lua 官网上有《Programming in Lua》的电子版,专门把这本书翻了一遍,前前后后梳理了一下。下面是这段时间学习 Lua 的几点笔记和思考,不一定全对,但希望能帮到有同样疑问的人。

    pairs 与 ipairs 的区别

    标准库中提供了几种迭代器:迭代文件每行的 io.lines、迭代 table 元素的 pairs、迭代数组元素的 ipairs、迭代字符串中单词的 string.gmatch 等等。不过这里面的重点,还是 pairs 和 ipairs 这对“孪生兄弟”。

    Lua中pairs与ipairs的区别总结

    一般的迭代器会在内部维护一个状态——比如当前迭代的位置。但 Lua 的迭代器在设计上是 Stateless(无状态)的,这意味着它可以被重复多次迭代。不像 Python 里,Iterator 和 Iterable 是两个东西,要多次迭代还得从 Iterable 重新拿一个 Iterator。Lua 的迭代器比较简单,状态需要循环自己去维护。

    每一次迭代,for 循环都会调用迭代器函数,传入两个参数:一个是无状态的、需要迭代的对象,另一个是控制参数——通常是迭代的当前下标,比如 1、2、3……

    举个例子:

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

    这段代码的执行流程是这样的:ipairs(a) 先执行,返回三个值——迭代函数 iter、迭代对象 a 和迭代起始下标 0。然后第一次 for 循环调用 iter(a, 0),得到当前下标 i 和对应的 a[i] 的值 v,再把这两个值赋给 for 循环定义的 i 和 v。用 Lua 自己写出这个逻辑,大概是这样:

    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
    

    那么上面那个 for 循环,等价于下面的调用序列:

    iter_function, stateless, index = ipairs(a)
    iter_function(stateless, index)   -- 1  one
    iter_function(stateless, index+1) -- 2  two
    iter_function(stateless, index+2) -- 3  three
    

    其中一个需要留意的地方:上面的 Lua 代码中,迭代器函数判断了 v 是否为 nil,只有当 v 不是 nil 时才继续。实际 ipairs 的行为也是如此——一旦遇到 nil,迭代立即停止。比如下面这个 table,因为第二个值是 nil,所以只打印出第一个元素:

    a = {"one", nil, "three"}
    for i, k in ipairs(a) do
     print(i, k)
    end
    -- 输出只有:1  one
    

    那为什么还需要 pairs 呢?因为 ipairs 是从下标 1 开始顺序取值,抵达第一个 nil 就自动停下。如果 table 中既有数字键又有字符串键,或者数字键之间存在 nil,但你希望遍历出所有元素,ipairs 就不够用了。这时候 pairs 出场。

    function pairs (t)
     return next, t, nil
    end
    

    for 循环的逻辑和之前一样,pairs 在这里的不同是:它返回的三个元素是 next 函数、迭代对象 a 和起始状态 nil。与 iter 不同,next 返回的是下一个 key-value 对,且其迭代顺序由内部哈希决定(不一定是 1、2、3),直到完全遍历完所有键值对。

    看几个例子就更清楚了。

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

    输出:

    1 one
    2 two
    3 three
    1 one
    2 two
    3 three

    结果一模一样。因为这里的 table 键是连续的整数 1、2、3,不管 ipairs 还是 pairs,效果都一样。

    再看一个有字符串键的 table:

    t = {
     a = "apple",
     b = "baby",
     c = "cool"
    }
    for i, v in ipairs(t) do
     print(i, v)
    end
    for k, v in pairs(t) do
     print(k, v)
    end
    

    结果是:ipairs 什么也不输出(因为 t[1] 是 nil),pairs 则能正常输出所有键值对。

    最后一个例子:

    local t = {
     a=100,10,20,[5]=30
    }
     
    for key,value in ipairs(t) do
     print(key,value) 
     --1 10
     --2 20
    end
     
    for key,value in pairs(t) do
     print(key,value) 
     --1 10
     --2 20
     --a 100
     --5 30
    end
    

    结果如注释,不难理解。

    总结下来,ipairs 适合用来遍历数组形式的 table(下标连续从 1 开始、无 nil),pairs 则适用于字典形式、键值乱序或含有 nil 的情况。理解了这个区别,代码里该用哪个就很清晰了。

    总结

    以上就是 Lua 中 pairs 与 ipairs 的核心区别。希望这篇文章对大家的 Lua 学习或实际工作有所帮助。如果有不清楚的地方,欢迎留言交流。

    参考资料:

    • table 使用手册
    • 《Programming in Lua》
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