Lua中几种for循环的简单比较_lua for循环

作者：小丑西瓜9 | 2024-03-29 15:10:01

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lua for循环

Lua的for循环分为两种：

数值for循环（numeric for）
泛型for循环（generic for）

数值for循环

语义

数值for循环的语法如下：

for i = _initialValue, _limitValue, _stepValue do 
	<body>
end
1
2
3

_initialValue, _limitValue, _stepValue三者都必须是number类型。其中_stepValue为1时可以省略。注意这三者都是在循环开始前一次性求值的。

进入代码时，_initialValue作为初值赋给变量 i，然后与_limitValue值进行比较，如果不大于_limitValue，则执行循环体，否则退出循环。循环体执行结束，根据_stepValue值对变量 i 进行改变，再与_limitValue比较，以此循环。

关于limitValue

数值for循环很简单，没什么可说的，这里面唯一可能需要注意的，其实也并不是循环本身，而是_limitValue的取值。在实际的使用中，一般有如下四种形式：

_limitValue的取值为明确的数值，无论是number字面量、number变量还是可计算得到number的表达式都可以
_limitValue为math.huge，此时不会给循环设限，但需要在循环体内提供退出循环的途径，避免死循环
_limitValue为通过‘#’取得的_table长度，此时，_limitValue的值为_table中数组部分的长度（至于数组长度是怎样的，涉及到Lua的rehash过程，感兴趣的老板可以参照Lua源码：向table内新增元素及rehash过程这篇文章）
_limitValue为table.maxn(_table)取得的长度，此时，_limitValue的值为_table中最大的不为nil的数值key的值

在这里插入图片描述

泛型for循环

语义

泛型for循环的语法如下：

for <varList> in <expList> do
	<body>
end
1
2
3

其中，varList是变量列表，expList是表达式列表。也就是说，在泛型for循环中，变量和表达式都可以为多个。

泛型for的运行机制为：
通过对表达式列表 expList 求值，获取for所需要的三个元素：迭代函数Func、恒定状态Stay，以及控制变量初值Var，即：

local Func, Stay, Var = <expList>
1

其中恒定状态为一个不会随着迭代进行而改变的值，而控制变量则会每次变化，恒定状态和控制变量的初值并不是必需的。

然后调用迭代函数，将恒定状态和控制变量传入迭代函数，并将结果赋值给变量列表 varList，即：

<varList> = Func(Stay, Var)
1

而在变量列表 varList 中，第一个值被称为控制变量，也就是说，实际上每次迭代时传给迭代函数Func的 Var 其实就是 varList 中的第一个值，只不过在首次迭代时需要 expList 来提供一个Var的初值罢了。之后在每次迭代结束时，Func的第一个返回值又会赋值给 varList 的第一个值，于是在下一次迭代时，传给Var的值就发生了变化，从而实现迭代。

当 Var 为 nil 时，也就是某次迭代返回的第一个值为 nil 时，迭代结束，退出循环。

以我们常用的k,v遍历举例

for k,v in pairs(_tab) do
	<body>
end
1
2
3

此时，pairs内部返回的迭代器函数我们假设为F，F在进行迭代时，返回的第一个值为_tab中的一个键，我们查看Lua源码可以看到NodeKey的结构：
在这里插入图片描述
这样通过NodeKey（比如我们称之为N₁）的next就可以找到下一个NodeKey（N₂），并将其保存给控制变量，再下一次迭代的时候再通过N₂的next找到N₃ 。而当迭代函数F返回的第一个值为空时，表示没有找到next的NodeKey，也就是说没有其他的元素了，于是循环结束（当然，这一部分只是我自己的理解，并没有跟源码，不保证真实的过程是这样的）。

有状态迭代

泛型for循环可能出现的问题就是会产生闭包。如下面的栗子：
在这里插入图片描述

这种情况下，TestClosure是一个迭代函数的工厂，它在返回迭代函数的时候创建了一个闭包。迭代函数通过UpValue（_tab 和 i）来保存迭代过程中所需要的状态，因而也称为有状态迭代。

由于大量使用有状态迭代时会产生大量的闭包，在讲求效率的场景会有比较大的消耗（主要时UpValue的消耗），而且如果有嵌套的情况也比较容易晕，所以通常不太推荐使用有状态的迭代。

无状态迭代

与有状态迭代相对的便是无状态迭代，即迭代函数内不保存任何的状态，而是利用泛型for所保存的恒定状态和控制变量实现迭代，比如常用的 ipairs(_table) 工厂，就是一种无状态迭代，其内容用 Lua 可表示如下：

local function iterFunc(_table, _cnt)
	_cnt = _cnt + 1
	local _value = _table[_cnt]
	if not _value then return nil end
	return _cnt, _value
end

function ipairs(_table)
	return iterFunc, _table, 0
end

local _testTab = {1,2,3,4,5}
function TestForFunc()
	for k,v in ipairs(_testTab) do
		<body>
	end
end
1
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可见，在进入循环时，ipairs 工厂完整的返回了迭代函数 iterFunc、恒定状态 _table、控制变量初值0。这三者都会被泛型for保存，而每次调用迭代函数 iterFunc 时都是干净的调用其本身，并将泛型for保存的恒定状态和控制变量作为参数传给迭代函数，因此迭代函数不需要借助任何外部的UpValue来保存信息，所以称为无状态迭代。

上文提到的 pairs(_table) 工厂也是无状态迭代，只不过它使用Lua自带的 next 方法作为迭代函数。其内容如下：

function pairs(_table)
	return next, _table, nil
end
1
2
3

当然，也可以不通过工厂，而直接在泛型for中使用迭代函数，比如下面的栗子：
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

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