Lua教程（四）：函數(shù)詳解
一、函數(shù)：
在Lua中函數(shù)的調(diào)用方式和C語言基本相同，如：print("Hello World")和a = add(x, y)。唯一的差別是，如果函數(shù)只有一個參數(shù)，并且該參數(shù)的類型為字符串常量或table的構造器，那么圓括號可以省略，如print "Hello World"和f {x = 20, y = 20}。
Lua為面對對象式的調(diào)用也提供了一種特殊的語法--冒號操作符。表達式o.foo(o,x)的另一種寫法是o:foo(x)。冒號操作符使調(diào)用o.foo時將o隱含的作為函數(shù)的第一個參數(shù)。
Lua中函數(shù)的聲明方式如下：
function add(a)
local sum = 0
for i, v in ipairs(a) do
sum = sum + v
end
return sum
end
在以上聲明中，包含了函數(shù)名(add)，參數(shù)列表(a)，以及函數(shù)體。需要說明的是，Lua中實參和形參的數(shù)量可以不一致，一旦出現(xiàn)這種情況，Lua的處理規(guī)則等同于多重賦值，即實參多于形參，多出的部分被忽略，如果相反，沒有被初始化的形參的缺省值為nil。
1. 多重返回值：
Lua支持返回多個結果值。如：
s,e = string.find("Hello Lua users","Lua")
print("The begin index is " .. s .. ", the end index is " .. e .. ".");
-- The begin index is 7, the end index is 9.
以上的代碼示例只是演示了如何獲取Lua函數(shù)的多個返回值，下面的示例將給出如何聲明返回多個值的Lua函數(shù)。如：
[code]
function maximum(a)
local mi = 1
local m = a[mi]
for i, val in ipairs(a) do
if val > m then
mi,m = i,val
end
end
return m,mi
end
print(maximum{8,10,23,12,5})
--23 3
Lua會調(diào)整一個函數(shù)的返回值數(shù)量以適應不同的調(diào)用情況。若將函數(shù)調(diào)用作為一條單獨語句時，Lua會丟棄函數(shù)的所有返回值。若將函數(shù)作為表達式的一部分來調(diào)用時，Lua只保留函數(shù)的第一個返回值。只有當一個函數(shù)調(diào)用是一系列表達式中的最后一個元素時，才能獲得所有返回值。這里先給出三個樣例函數(shù)，如：
function foo0() end
function foo1() return "a" end
function foo2() return "a","b" end
最后一個需要介紹的是Lua中unpack函數(shù)，該函數(shù)將接收數(shù)組作為參數(shù)，并從下標1開始返回該數(shù)組的所有元素。如：
/> lua
> print(unpack{10,20,30})
10 20 30
> a,b = unpack{10,20,30}
> print(a,b)
10 20
> string.find(unpack{"hello","ll"}) --等同于string.find("hello","ll")
在Lua中unpack函數(shù)是用C語言實現(xiàn)的。為了便于理解，下面給出在Lua中通過遞歸實現(xiàn)一樣的效果，如：
function unpack(t,i)
i = i or 1
if t[i] then
return t[i], unpack(t,i + 1)
end
end
2. 變長參數(shù)：
Lua中的函數(shù)可以接受不同數(shù)量的實參，其聲明和使用方式如下：
function add(...)
local s = 0
for i, v in ipairs{...} do
s = s + v
end
return s
end
print(add(3,4,5,6,7))
--輸出結果為：25
解釋一下，函數(shù)聲明中的(...)表示該函數(shù)可以接受不同數(shù)量的參數(shù)。當這個函數(shù)被調(diào)用時，所有的參數(shù)都被匯聚在一起，函數(shù)中訪問它時，仍需用3個點(...)。但不同的是，此時這3個點將作為表達式來使用，如{...}表示一個由所有變參構成的數(shù)組。在含有變長參數(shù)的函數(shù)中個，同樣可以帶有固定參數(shù)，但是固定參數(shù)一定要在變長參數(shù)之前聲明，如：
function test(arg1,arg2,...)
...
end
關于Lua的變長參數(shù)最后需要說明的是，由于變長參數(shù)中可能包含nil值，因此再使用類似獲取table元素數(shù)量(#)的方式獲取變參的數(shù)量就會出現(xiàn)問題。如果要想始終獲得正確的參數(shù)數(shù)量，可以使用Lua提供的select函數(shù)，如：
for i = 1, select('#',...) do --這里'#'值表示讓select返回變參的數(shù)量(其中包括nil)。
local arg = select(i, ...) --這里的i表示獲取第i個變參，1為第一個。
--do something
end
3. 具名實參：
在函數(shù)調(diào)用時，Lua的傳參規(guī)則和C語言相同，并不真正支持具名實參。但是我們可以通過table來模擬，比如：
function rename(old,new)
...
end
這里我們可以讓上面的rename函數(shù)只接收一個參數(shù)，即table類型的參數(shù)，與此同時，該table對象將含有old和new兩個key。如：
function rename(arg)
local old = arg.old
local new = arg.new
...
end
這種修改方式有些類似于JavaBean，即將多個參數(shù)合并為一個JavaBean。然而在使用時，Lua的table存在一個天然的優(yōu)勢，即如果函數(shù)只有一個參數(shù)且為string或table類型，在調(diào)用該函數(shù)時，可以不用加圓括號，如：
rename {old = "oldfile.txt", new = "newfile.txt"}
二、深入函數(shù)：
在Lua中函數(shù)和所有其它值一樣都是匿名的，即它們都沒有名稱。在使用時都是操作持有該函數(shù)的變量，如：
a = { p = print }
a.p("Hello World")
b = print
b("Hello World")
在聲明Lua函數(shù)時，可以直接給出所謂的函數(shù)名，如：
function foo(x) return 2 * x end
我們同樣可以使用下面這種更為簡化的方式聲明Lua中的函數(shù)，如：
foo = function(x) return 2 * x end
因此，我們可以將函數(shù)理解為由語句構成的類型值，同時將這個值賦值給一個變量。由此我們可以將表達式"function(x) <body> end"視為一種函數(shù)的構造式，就想table的{}一樣。我們將這種函數(shù)構造式的結果稱為一個"匿名函數(shù)"。下面的示例顯示了匿名函數(shù)的方便性，它的使用方式有些類似于Java中的匿名類，如：
table.sort(test_table,function(a,b) return (a.name > b.name) end)
1. closure(閉合函數(shù))：
若將一個函數(shù)寫在另一個函數(shù)之內(nèi)，那么這個位于內(nèi)部的函數(shù)便可以訪問外部函數(shù)中的局部變量，見如下示例：
function newCounter()
local i = 0
return function() --匿名函數(shù)
i = i + 1
return i
end
end
c1 = newCounter()
print("The return value of first call is " .. c1())
print("The return value of second call is " .. c1())
--輸出結果為：
--The return value of first call is 1
--The return value of second call is 2
在上面的示例中，我們將newCounter()函數(shù)稱為閉包函數(shù)。其函數(shù)體內(nèi)的局部變量i被稱為"非局部變量"，和普通局部變量不同的是該變量被newCounter函數(shù)體內(nèi)的匿名函數(shù)訪問并操作。再有就是在函數(shù)newCounter返回后，其值仍然被保留并可用于下一次計算。再看一下下面的調(diào)用方式。
function newCounter()
local i = 0
return function() --匿名函數(shù)
i = i + 1
return i
end
end
c1 = newCounter()
c2 = newCounter()
print("The return value of first call with c1 is " .. c1())
print("The return value of first call with c2 is " .. c2())
print("The return value of second call with c1 is " .. c1())
--輸出結果為：
--The return value of first call with c1 is 1
--The return value of first call with c2 is 1
--The return value of second call with c1 is 2
由此可以推出，Lua每次在給新的閉包變量賦值時，都會讓不同的閉包變量擁有獨立的"非局部變量"。下面的示例將給出基于閉包的更為通用性的用法：
do
--這里將原有的文件打開函數(shù)賦值給"私有變量"oldOpen，該變量在塊外無法訪問。
local oldOpen = io.open
--新增一個匿名函數(shù)，用于判斷本次文件打開操作的合法性。
local access_OK = function(filename,mode) <檢查訪問權限> end
--將原有的io.open函數(shù)變量指向新的函數(shù)，同時在新函數(shù)中調(diào)用老函數(shù)以完成真正的打開操作。
io.open = function(filename,mode)
if access_OK(filename,mode) then
return oldOpen(filename,mode)
else
return nil,"Access denied"
end
end
end
上面的這個例子有些類似于設計模式中裝飾者模式。
2. 非全局函數(shù)：
從上一小節(jié)中可以看出，Lua中的函數(shù)不僅可以直接賦值給全局變量，同時也可以賦值給其他類型的變量，如局部變量和table中的字段等。事實上，Lua庫中大多數(shù)table都帶有函數(shù)，如io.read、math.sin等。這種寫法有些類似于C++中的結構體。如：
Lib = {}
Lib.add = function(x,y) return x + y end
Lib.sub = function(x,y) return x - y end
或者是在table的構造式中直接初始化，如：
Lib = { add = function(x,y) return x + y end,
sub = function(x,y) return x - y end
}
除此之外，Lua還提供另外一種語法來定義此類函數(shù)，如：
Lib = {}
function Lib.add(x,y) return x + y end
function Lib.sub(x,y) return x - y end
對于Lua中的局部函數(shù)，其語義在理解上也是非常簡單的。由于Lua中都是以程序塊作為執(zhí)行單元，因此程序塊內(nèi)的局部函數(shù)在程序塊外是無法訪問的，如：
do
local f = function(x,y) return x + y end
--do something with f.
f(4,5)
end
對于這種局部函數(shù)，Lua還提供另外一種更為簡潔的定義方式，如：
local function f(x,y) return x + y end
該寫法等價于：
local f
f = function(x,y) return x + y end
3. 正確的尾調(diào)用：
在Lua中支持這樣一種函數(shù)調(diào)用的優(yōu)化，即“尾調(diào)用消除”。我們可以將這種函數(shù)調(diào)用方式視為goto語句，如：
function f(x) return g(x) end
由于g(x)函數(shù)是f(x)函數(shù)的最后一條語句，在函數(shù)g返回之后，f()函數(shù)將沒有任何指令需要被執(zhí)行，因此在函數(shù)g()返回時，可以直接返回到f()函數(shù)的調(diào)用點。由此可見，Lua解釋器一旦發(fā)現(xiàn)g()函數(shù)是f()函數(shù)的尾調(diào)用，那么在調(diào)用g()時將不會產(chǎn)生因函數(shù)調(diào)用而引起的棧開銷。這里需要強調(diào)的是，尾調(diào)用函數(shù)一定是其調(diào)用函數(shù)的最后一條語句，否則Lua不會進行優(yōu)化。然而事實上，我們在很多看似是尾調(diào)用的場景中，實際上并不是真正的尾調(diào)用，如：
function f(x) g(x) end --沒有return語句的明確提示
function f(x) return g(x) + 1 --在g()函數(shù)返回之后仍需執(zhí)行一次加一的指令。
function f(x) return x or g(x) --如果g()函數(shù)返回多個值，該操作會強制要求g()函數(shù)只返回一個值。
function f(x) return (g(x)) --原因同上。
在Lua中，只有"return <func>(<args>)"形式才是標準的尾調(diào)用，至于參數(shù)中(args)是否包含表達式，由于表達式的執(zhí)行是在函數(shù)調(diào)用之前完成的，因此不會影響該函數(shù)成為尾調(diào)用函數(shù)。
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