《Lua程序设计》-- 学习10

环境（Environment）

具有动态名称的全局变量

全局变量的声明

由于Lua语言将全局变量存放在一个普通的表中，所以可以通过元表来发现访问不存在全局变量的情况。

正如前面所提到的，我们不允许值为nil的全局变量，因为值为nil的全局变量都会被自动地认为是未声明的。但是，要允许值为nil的全局变量也不难，只需要引入一个辅助表来保存已声明变量的名称即可。一旦调用了元方法，元方法就会检查该表，看变量是否是未声明过的。最终的代码可能与示例22.2中的代码类似。

现在，即使像x=nil这样的赋值也能够声明全局变量了。

非全局环境

在Lua语言中，全局变量并不一定非得是真正全局的。Lua语言竭尽全力地让程序员有全局变量存在的幻觉

一个自由名称（free name）是指没有关联到显式声明上的名称，即它不出现在对应局部变量的范围内。例如，在下面的代码段中，x和y是自由名称，而z则不是：

Lua语言把所有的代码段都当作匿名函数。所以，Lua语言编译器实际上将原来的代码段编译为如下形式：也就是说，Lua语言是在一个名为_ENV的预定义上值（一个外部的局部变量，upvalue）存在的情况下编译所有的代码段的。因此，所有的变量要么是绑定到了一个名称的局部变量，要么是_ENV中的一个字段，而_ENV本身是一个局部变量（一个上值）。

_ENV的初始值可以是任意的表（实际上也不用一定是表，我们会在后续讨论）。任何一个这样的表都被称为一个环境。为了维持全局变量存在的幻觉，Lua语言在内部维护了一个表来用作全局环境（global environment）。通常，当加载一个代码段时，函数load会使用预定义的上值来初始化全局环境。因此，原始的代码段等价于：

Lua语言中处理全局变量的方式：

•编译器在编译所有代码段前，在外层创建局部变量_ENV；

•编译器将所有自由名称var变换为_ENV.var；

•函数load（或函数loadfile）使用全局环境初始化代码段的第一个上值，即Lua语言内部维护的一个普通的表。

使用_ENV

环境和模块

函数load通常把被加载代码段的上值_ENV初始化为全局环境。不过，函数load还有一个可选的第四个参数来让我们为_ENV指定一个不同的初始值。

垃圾收集

弱引用表（weak table）、析构器（finalizer）和函数collectgarbage是在Lua语言中用来辅助垃圾收集器的主要机制。弱引用表允许收集Lua语言中还可以被程序访问的对象；析构器允许收集不在垃圾收集器直接控制下的外部对象；函数collectgarbage则允许我们控制垃圾收集器的步长。

弱引用表

简单地清除引用可能还不够。在有些情况下，还需要程序和垃圾收集器之间的协作。一个典型的例子是，当我们要保存某些类型（例如，文件）的活跃对象的列表时。这个需求看上去很简单，我们只需要把每个新对象插入数组即可；但是，一旦一个对象成为了数组的一部分，它就再也无法被回收了！虽然已经没有其他任何地方在引用它，但数组依然在引用它。除非我们告诉Lua语言数组对该对象的引用不应该阻碍对此对象的回收，否则Lua语言本身是无从知晓的。

弱引用表就是这样一种用来告知Lua语言一个引用不应阻止对一个对象回收的机制。所谓弱引用（weak reference）是一种不在垃圾收集器考虑范围内的对象引用。如果对一个对象的所有引用都是弱引用，那么垃圾收集器将会回收这个对象并删除这些弱引用。Lua用语言通过弱引用表实现弱引用，弱引用表就是元素均为弱引用的表，这意味着如果一个对象只被一个弱引用表持有，那么Lua语言最终会回收这个对象。

表由键值对组成，其两者都可以容纳任意类型的对象。在正常情况下，垃圾收集器不会回收一个在可访问的表中作为键或值的对象。也就是说，键和值都是强（strong）引用，它们会阻止对其所指向对象的回收。在一个弱引用表中，键和值都可以是弱引用的。这就意味着有三种类型的弱引用表，即具有弱引用键的表、具有弱引用值的表及同时具有弱引用键和值的表。不论是哪种类型的弱引用表，只要有一个键或值被回收了，那么对应的整个键值对都会被从表中删除。

一个表是否为弱引用表是由其元表中的__mode字段所决定的。当这个字段存在时，其值应为一个字符串：如果这个字符串是"k"，那么这个表的键是弱引用的；如果这个字符串是"v"，那么这个表的值是弱引用的；如果这个字符串是"kv"，那么这个表的键和值都是弱引用的。

在本例中，第二句赋值key={}覆盖了指向第一个键的索引。调用collectgarbage强制垃圾收集器进行一次完整的垃圾收集。由于已经没有指向第一个键的其他引用，因此Lua语言会回收这个键并从表中删除对应的元素。然而，由于第二个键仍然被变量key所引用，因此Lua不会回收它。

请注意，只有对象可以从弱引用表中被移除，而像数字和布尔这样的“值”是不可回收的。例如，如果我们在表a（之前的示例）中插入一个数值类型的键，那么垃圾收集器永远不会回收它。当然，如果在一个值为弱引用的弱引用表中，一个数值类型键相关联的值被回收了，那么整个元素都会从这个弱引用表中被删除。

记忆函数（Memorize Function）

我们可以通过记忆（memorize）函数的执行结果，在后续使用相同参数再次调用该函数时直接返回之前记忆的结果，来加快函数的运行速度

对象属性（Object Attribute）

弱引用表的另外一种重要应用是将属性与对象关联起来。在各种各样的情况下，我们都需要把某些属性绑定到某个对象，例如函数名、表的默认值及数组的大小等。

瞬表

在Lua语言中，一个具有弱引用键和强引用值的表是一个瞬表。在一个瞬表中，一个键的可访问性控制着对应值的可访问性。更确切地说，考虑瞬表中的一个元素（k,v），指向的v的引用只有当存在某些指向k的其他外部引用存在时才是强引用，否则，即使v（直接或间接地）引用了k，垃圾收集器最终会收集k并把元素从表中移除。

析构器（Finalizer）

虽然垃圾收集器的目标是回收对象，但是它也可以帮助程序员来释放外部资源。出于这种目的，几种编程语言提供了析构器。析构器是一个与对象关联的函数，当该对象即将被回收时该函数会被调用。

Lua语言中，析构器的一个微妙之处在于“将一个对象标记为需要析构”的概念。通过给对象设置一个具有非空__gc元方法的元表，就可以把一个对象标记为需要进行析构处理。如果不标记对象，那么对象就不会被析构

协程（Coroutine）

从多线程（multithreading）的角度看，协程（coroutine）与线程（thread）类似：协程是一系列的可执行语句，拥有自己的栈、局部变量和指令指针，同时协程又与其他协程共享了全局变量和其他几乎一切资源。线程与协程的主要区別在于，一个多线程程序可以并行运行多个线程，而协程却需要彼此协作地运行，即在任意指定的时刻只能有一个协程运行，且只有当正在运行的协程显式地要求被挂起（suspend）时其执行才会暂停。