《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。
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