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Lua中的環境概念

編輯:關於C語言
 

Lua將其所有的全局變量保存在一個常規的table中,這個table稱為“環境”。這種組織結構的優點在於,其一,不需要再為全局變量創造一種新的數據結構,因此簡化了Lua的內部實現;另一個優點是,可以像其他table一樣操作這個table。為了便於實施這種操作,Lua將環境table自身保存在一個全局變量_G中。例如,我們可以使用以下代碼打印當前環境中所有全局變量的名稱。
for n in pairs(_G) do print(n) end

在你的電腦上運行一下以上代碼,看看結果。

全局變量聲明

在Lua中,全局變量不需要聲明就可以直接使用,但是這樣違反了編程的大忌,隨便使用全局變量,將導致程序的性能,當出現bug時,也很難去發現,同時也污染了程序中的命名。考慮到全局變量也是存放在一個table中,我們則可以通過元表來改變其它代碼訪問全局變量時的行為,看到了麼?又是元表。代碼如下:
setmetatable(_G, {
__newindex = function (_, k)
error("Attempt to write to undeclared variable " .. k)
end,
__index = function (_, k)
error("Attempt to read undeclared variable " .. k)
end
})

print(a) -- 這裡a就是一個全局變量

而有的時候,我們的確需要定義一個全局變量,那怎麼辦?還記得我在《Lua中的元表與元方法》這篇文章中寫的嗎?使用rawset就可以完成,它是不同過元表的,直接設置table的值;同時,為了測試一個變量是否存在,就不能簡單的將它與nil比較。因為如果它為nil,訪問就會拋出一個錯誤,同樣,我們可以使用rawget來繞過元方法。

非全局的變量

由於“環境”這個概念是全局的,任何對他的修改都會影響程序的所有部分。例如:若安裝一個元表用於控制全局變量的訪問,那麼整個程序都必須遵循這個規范。但使用某個庫時,沒有先聲明就使用了全局變量,那麼這個程序就無法運行了。

可以通過函數setfenv來改變一個函數的環境。該函數的參數是一個函數和一個新的環境table。第一個參數除了可以指定為函數本身,還可以指定為一個數字,以表示當前函數調用棧中的層數。數字1表示當前函數,數字2表示調用當前函數的函數,以此類推。首先來一小段代碼:
a = 1 -- 這裡創建了一個全局變量

-- 將當前環境變量改為一個新的空table
setfenv(1, {})
print(a)

運行代碼會彈出這樣的錯誤:attempt to call global ‘print’ (a nil value)

print是存放在_G中的,由於我們將當前的環境變量重置為了一個空的table,導致找不到print了,所以就出現了錯誤。為了防止這樣的錯誤的放生,在我們改變當前的環境變量之前,我們需要保存當前的環境變量。看下面的代碼:
a = 1 -- 這裡創建了一個全局變量

-- 將當前環境變量改為一個新的空table
setfenv(1, {g = _G})
g.print(a) -- 輸出nil
g.print(g.a) -- 輸出1

這個時候訪問g就會得到原來的環境,這個環境中包含了字段print。我們可以使用名字_G來代替g,如下述代碼:
a = 1 -- 這裡創建了一個全局變量

-- 將當前環境變量改為一個新的空table
setfenv(1, {_G = _G})
_G.print(a) -- 輸出nil
_G.print(_G.a) -- 輸出1

不要忘了我們之前總結的__index元方法,我們可以設置新的環境變量的__index為_G,這樣,當在新的環境中找不到對應的變量時,就會去_G中找,這樣,就相當於新的環境變量繼承了全局的環境變量_G,看以下代碼:
a = 1 -- 這裡創建了一個全局變量

local newEnv = {}
setmetatable(newEnv, {__index = _G})

-- 將當前環境變量改為一個新的空table
setfenv(1, newEnv)
print(a)

在Lua中,函數會繼承創建其的環境,所以一個程序塊若改變了它自己的環境,那麼後續由它創建的函數都將共享這個新環境。這項機制對於創建名稱空間是很有用的。之後的總結中還會繼續講解的。

 
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