深入了解迭代器和通用 for 在 Lua 中的使用
泛型for原理
迭代器是一种可以遍历集合中所有元素的机制,在Lua中通常将迭代器表示为函数,每调用一次函数,就返回集合中“下一个”元素。每个迭代器都需要在每次成功调用之间保持一些状态,这样才能知道它所在的位置及如何步进到下一个位置,closure就可以完成此项工作。下面的示例是列表的一个简单的迭代器:
function values(t) local i = 0 return function() i = i + 1; return t[i] end end
循环调用:
t = {10, 20, 30} iter = values(t) while true do local el = iter() if el == nil then break end print(el) end
泛型for调用
for el in values(t) do print(el) end
泛型for为一次迭代循环做了所有的簿记工作。它在内部保存了迭代器函数,并在每次迭代时调用迭代器,在迭代器返回nil时结束循环。实际上泛型for保存了3个值:迭代器函数f、恒定状态s、控制变量a。for做的第一件事就是对in后面的表达式求值,并返回3个值供for保存;接着for会以s和a来调用f。在循环过程中控制变量的值依次为a1 = f(s, a0),a2 = f(s, a1),依次类推,直至ai为nil结束循环。
先看一段代码
for element in list_iter(t) do print(element) end
在不往下看之前,我们可以先试图根据我们已有的知识结构去理解这段代码。如果这样,list_iter(t)应该返回一个类似集合的东西,而我们已经知道实际上只返回了一个匿名函数,也就是迭代器。当然,每次调用迭代器都可以得到一个元素,迭代器的所有的结果倒是可以看成一个集合。因素齐了,我们需要一个逻辑上的解释,这个逻辑就是 泛型for的语义。
先看文法规定:
for <var-list> in <exp-list> do <body> end
整个过程是这样的:
首先,初始化,计算 in 后面表达式的值,表达式应该返回 泛型for 需要的三个值:迭代函数、状态常量、控制变量;与多值赋值一样,如果表达式返回的结果个数不足三个会自
动用nil 补足,多出部分会被忽略。
第二,将状态常量和控制变量作为参数调用迭代函数(注意:对于 for 结构来说,状态常量没有用处,仅仅在初始化时获取他的值并传递给迭代函数)。
第三,将迭代函数返回的值赋给变量列表。
第四,如果返回的第一个值为 nil 循环结束,否则执行循环体。
第五,回到第二步再次调用迭代函数。
更具体地说:
for var_1, ..., var_n in explist do block end
等价于
do local _f, _s, _var = explist while true do local var_1, ... , var_n = _f(_s, _var) _var = var_1 if _var == nil then break end block end end
泛型 for 在自己内部保存三个值:迭代函数、状态常量、控制变量。
迭代器的状态
无状态的迭代器本身不保存任何状态,for循环只会用恒定状态和控制变量来调用迭代器函数。这类迭代器典型例子就是ipairs,下面是ipairs的Lua实现:
local function iter(s, i) i = i + 1 local v = s[i] if v then return i, v end end function ipairs(s) return iter, s, 0 end
当for循环调用ipairs(list)时,会获得3个值,然后Lua调用iter(list, 0)得到list, list[1],调用iter(list, 1)得到list, list[2],知道得到一个nil为止。
虽然泛型for只提供一个恒定状态和一个控制变量用于状态的保存,但有时需要保存许多其他状态。这时可以用closure来保存,或者将所需的状态打包为一个table,并保存在恒定状态中。
闭包、迭代器和泛型for
到现在,Lua为我们准备了三块积木:闭包、泛型for和迭代器。一个循环,我们可以利用闭包+迭代器,也可以使用泛型for+迭代器。那我们该怎么取舍呢?Lua也给出了建
议。
function iter (a, i) i = i + 1 local v = a[i] if v then return i, v end end function ipairs (a) return iter, a, 0 end for i, v in ipairs(a) do print(i, v) end
这种情况是Lua最推荐的,迭代器不依赖upvalue,不产生闭包,状态常量和控制变量借助泛型for保存,通过迭代器的参数传递给了迭代器。
再给一个书中的例子:
local iterator -- to be defined later function allwords() local state = {line = io.read(), pos = 1} return iterator, state end function iterator (state) while state.line do -- repeat while there are lines -- search for next word local s, e = string.find(state.line, "%w+", state.pos) if s then -- found a word? -- update next position (after this word) state.pos = e + 1 return string.sub(state.line, s, e) else -- word not found state.line = io.read() -- try next line... state.pos = 1 -- ... from first position end end return nil -- no more lines: end loop end
这样好不好呢,Lua给的答案是否定的。书中有一段话说得很清楚:
我们应该尽可能的写无状态的迭代器,因为这样循环的时候由for 来保存状态,不需要创建对象花费的代价小;如果不能用无状态的迭代器实现,应尽可能使用闭包;尽可能不
要使用table 这种方式,因为创建闭包的代价要比创建table 小,另外Lua 处理闭包要比处理table 速度快些。
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ARM汇编(2)(指令)-跳转指令B与BL都可以使程序跳转到指定的地址执行程序。指令BL的作用是跳转的同时将下一条指令的地址复制到R14(即返回地址连接寄存器LR)寄存器中。需要注意的是,这两条指令和目标地址处的指令都要属于ARM指令集。两条指令都可以根据CPSR中的条件标志位的值决定指令是否执行。 MOVEQ PC, LR B LAB1 (1)指令格式 B {L} {<cond>} <target_address> (2)指令的例子 循环10次的例子 MOV R1, #0 BL MOV R2, #1 ...... LAB1: ADD R1, R1, #1 CMP R1, #10 @带连接的分支 load_new_format: BL switch_screen_mode BL get_screen_info BL load_palette new_loop: MOV R1, R5 BL read_byte CMP R0, #255 BLEQ read_loop STRB R0, [R2, #1]! Load/Store指令 *LDR指令 (1)指令语法格式 LDR指令用于从内存中将一个32位的字读取到目标寄存器。 指令的编码格式如图所示。 LDR指令编码格式 LDR{<cond>} <Rd>,<addr_mode> (2)指令举例 LDR r1,[r0,#0x12] ;将r0+12地址处的数据读出,保存到r1中(r0的值不变) LDR r1,[r0] ;将r0地址处的数据读出,保存到r1中(零偏移) LDR r1,[r0,r2] ;将r0+r2地址的数据读出,保存到r1中(r0的值不变) LDR r1,[r0,r2,LSL #2] ;将r0+r2×4地址处的数据读出,保存到r1中(r0,r2的值不变) LDR Rd,label ;label为程序标号,label必须是当前指令的±4KB范围内 LDR Rd,[Rn],#0x04 ;Rn的值用作传输数据的存储地址。在数据传送后将偏移量0x04与 Rn相加,结果写回到Rn中。Rn不允许是r15 注意:(1)地址对齐问题:大多数情况下,必须保证用于32位传送的地址是32位对齐的。 (2)LDR有两种形式,一种是指令,一种是伪指令,使用LDR的伪指令时,在第二个操作数前加"=" *STR指令用于将一个32位的字写入到指令中指定的内存单元 (1) 指令的语法格式 STR {<cond>} <Rd>, <addr_mode> (2) 指令举例 LDR/STR指令用于对内存变量的访问、内存缓冲区数据的访问、查表、外围部件的控制操作等。 ① 变量访问 NumCount EQU 0x40003000 ;定义变量NumCount LDR R0,=NumCount ;使用LDR伪指令装载NumCount的地址到R0 LDR R1,[R0] ;取出变量值 ADD R1,R1,#1 ;NumCount=NumCount+1 STR R1,[R0] ;保存变量 单数据交换指令 单数据交换指令是Load/Store指令的一种特例,它把一个内存单元中的内容与寄存器中的内容进行交换,交换指令是一个原子操作,也就是说,在连续的总线操作中读/写一个存储单元,在操作期间阻止其他任何指令对该存储单元的读/写。 SWP指令一般有两种形式: (1), SWP 字交换 tmp=mem32[Rn]; mem32[Rn] = Rm; Rd = tmp 指令的格式: SWP {<cond>} <Rd>, <Rm>, [<Rn>] SWP R1, R1, [R0] ;将R1的内容与R0指向的存储单元内容进行交换。 (2), SWPB 字节交换 状态寄存器传输指令 ARM指令集提供了两条指令,用于读写程序状态寄存器,MRS指令用于把CPSR或SPSR的值传送到一个寄存器中;MSR相反,把一个寄存器的内容传送到CPSR或SPSR中,这两条指令结合起来,可用于对CPSR和SPSR进行读/写操作。 MRS 把程序状态寄存器的值传送给一个通用寄存器, Rd=SPSR MSR 把通用寄存器的值传送给程序状态寄存器或把一个立即数传送给程序状态寄存器 (1)MRS指令 在ARM指令集中,只有MRS指令可以 将状态寄存器中的值读取到通用寄存器中。 格式: MRS {<cond>} Rd, CPSR/SPSR 其中,Rd为目标寄存器,Rd不允许为程序计数器(R15)。 (2) MSR指令 在ARM指令集中,只有MSR指令可以直接设置 状态寄存器的值 格式: MSR {<cond>} SPSR/CPSR , #immed Msr {<cond>} CPSR/SPSR , Rm 3,LDM和STM的配对规则 LDMFD--STMFD LDMED--STMED LDMFA--STMFA LDMEA--STMEA LDMIA--STMDB LDMIB--STMDA LDMDA--STMIB LDMDB--STMIA 指令代码如下: .global _start_start: