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Lua-迭代器

news 2025/10/29 11:10:09

1. 迭代器与闭包的结合

迭代器是用于遍历集合元素的机制，在 Lua 中通常以函数 + 闭包的形式实现。闭包可以 “记住” 遍历的状态（如当前位置、已读内容等），从而在每次调用时返回 “下一个元素”。

示例：为列表创建返回元素值的迭代器
```
function values(t)local i = 0return function()  -- 闭包：保存状态变量 ii = i + 1return t[i]end
end
```
这里 values 是 “迭代器工厂”，每次调用会创建一个闭包，闭包通过 i 记录遍历位置，每次调用返回列表的下一个元素，直到返回 nil 表示遍历结束。

2. 泛型 for 的语义与工作机制

泛型 for 是 Lua 专门为迭代器设计的语法糖，它会自动处理迭代器的调用和状态管理，简化遍历逻辑。

语法形式：for <var-list> in <exp-list> do <body> end
工作原理：泛型 for 会先对 <exp-list> 求值，期望得到三个值：迭代器函数、恒定状态、控制变量初始值。随后，for 会反复调用迭代器函数，将返回值赋值给 <var-list>，直到迭代器返回 nil 时结束循环。

等价逻辑（帮助理解）：

-- 泛型 for 语法
for var_1, ..., var_n in <explist> do <block> end-- 等价的手动实现
dolocal _f, _s, _var = <explist>  -- 分别对应：迭代器函数、恒定状态、控制变量初始值while true dolocal var_1, ..., var_n = _f(_s, _var)_var = var_1if _var == nil then break end<block>end
end

3. 无状态迭代器

与依赖闭包保存状态的迭代器不同，无状态迭代器自身不保存遍历状态，而是通过泛型 for 传递的 “恒定状态” 和 “控制变量” 来确定下一个元素。

示例：ipairs 就是典型的无状态迭代器，它通过 “恒定状态（数组本身）” 和 “控制变量（当前索引）” 来遍历数组：
```
a = {"one", "two", "three"}
for i, v in ipairs(a) doprint(i, v)
end
```

“无状态迭代器” 是 Lua 中一种特殊的迭代器，核心特点是自身不保存任何遍历状态（比如当前位置、进度等），所有状态都通过泛型 for 循环来传递和维护。这听起来有点抽象，我们用具体例子和对比来理解：

先看一个 “有状态迭代器”（依赖闭包保存状态）

之前讲的计数器迭代器就是典型的 “有状态”，它用闭包中的变量（比如 i）保存当前遍历位置：

-- 有状态迭代器：用闭包的 i 保存遍历位置
function iter(t)local i = 0  -- 状态变量（保存在闭包中）return function()i = i + 1return t[i]end
end-- 使用：每次调用迭代器，都依赖闭包中的 i 推进
local t = {"a", "b", "c"}
local it = iter(t)  -- 创建迭代器（闭包）
print(it())  --> a（i=1）
print(it())  --> b（i=2）
print(it())  --> c（i=3）

这里的 “状态”（i）被闭包 “记住”，迭代器自己知道下一步该遍历哪里。

再看 “无状态迭代器”：状态由 for 循环传递

无状态迭代器不自带状态，它的每次调用都需要外部提供 “当前状态”，并返回 “下一个状态”。最典型的例子就是 ipairs（用于遍历数组）：

-- 模拟 ipairs 的无状态迭代器实现
function my_ipairs(t, i)  -- t 是数组（恒定状态），i 是当前索引（变化的状态）i = i + 1  -- 从当前索引推进到下一个local v = t[i]  -- 获取下一个值if v then  -- 如果存在值，返回索引和值（下一个状态）return i, vend  -- 否则返回 nil，结束循环
end-- 泛型 for 循环使用无状态迭代器
local t = {"a", "b", "c"}
-- for 循环会自动传递状态：初始 i=0，每次调用 my_ipairs(t, i)
for i, v in my_ipairs, t, 0 doprint(i, v)
end

输出：

1   a
2   b
3   c

无状态迭代器的核心逻辑：

三个关键角色：
- 迭代器函数（如 my_ipairs）：负责计算下一个元素，接收两个参数 ——恒定状态（不会变的，比如数组 t）和 当前状态（会变的，比如索引 i）。
- 恒定状态（如 t）：整个遍历过程中不变的量，通常是被遍历的集合本身。
- 当前状态（如 i）：记录遍历进度，每次迭代后更新，作为下一次调用的参数。
泛型 for 的自动协作：
- 第一次调用：for 会用 恒定状态（t） 和 初始状态（0） 调用迭代器，得到 i=1, v=a。
- 第二次调用：for 会用 恒定状态（t） 和 上一次返回的 i=1 调用迭代器，得到 i=2, v=b。
- 直到迭代器返回 nil，循环结束。
为什么叫 “无状态”：迭代器函数（my_ipairs）本身不保存任何状态（没有闭包变量、全局变量记录 i），所有状态（i）都由 for 循环传递，每次调用都是 “无记忆” 的，完全依赖输入的 i 来计算下一步。