Lua中有狀態和無狀態迭代器之間的區別

Question

Lua中無狀態和有狀態迭代器之間有什麼區別？請詳細解釋？我們何時需要使用無狀態和何時使用無狀態？我需要例子來理解這個概念。

Answer 1

首先讓我們商定一個定義：（在Lua中）一個迭代器是一個函數 -like對象，每次調用時它都會返回一個序列中的下一個值。我認爲它有助於改寫for迭代因爲做的是Lua的參考手冊：

for itemlist in expression do block end 

是邏輯上等同於（僞）：

do 
    local func, seq, controlVar = expression 
    while true do 
     local itemlist = func(seq, controlVar) 
     if first of itemlist == nil then break end 
     controlVar = first of itemlist 

     block (which uses items in itemlist) 
    end 
end 

其中expression是數據的三重（或函數調用返回這樣的三重峯）：

• func是實際的迭代函數
• seq被遍歷
• controlVar序列是循環控制變量

迭代狀態可能需要找到序列中的下一個項目上迭代的任何狀態。因此無狀態迭代器是func不包含任何這樣的狀態：您可以隨時調用func(seq, controlVar)，返回值將始終相同（如果seq未更改）;它不取決於通話之前發生的事情。

如上所示，Lua支持一個循環控制變量。所以爲了讓一個序列可以通過無狀態迭代器迭代，必須有可能根據一個循環控制變量來確定序列中的下一個項目。也就是說，只能從「（s，controlVar）」中找出「下一個項目」。 ipairs()生成一個迭代器：ipairs(s)返回三元組(iterFunction, s, 1);可以給出iterFunction和s和索引1，並且返回2, s[1]，然後3, s[2]等（最終nil, s[N]用於N個項目的表格）。

如果發現序列中的下一個項目需要多個循環控制變量，該怎麼辦？還是取決於其他變量的狀態，在迭代過程中應該保存這些變量？例如：

• 一個無盡的迭代器可能需要跟蹤「第一個」項目，以便一旦達到序列的末尾，它就可以在第一個項目處恢復;
• 圖迭代器可能需要在深度優先搜索中跟蹤「最近的同胞」，以便一旦到達分支的末尾，它就可以繼續下一個最近的同胞。

有狀態迭代器持有有關迭代的狀態，以便可以找到下一個項目。在Lua中，如果迭代器函數是閉包（具有upvalues的函數）或仿函數（表的行爲如函數，即具有__call元方法），則這是可能的。 up值（閉包）或數據成員（函子）可以存儲所需的狀態。

無狀態迭代器總是可以包裝到有狀態迭代器中。對於ipairs：

function statefulIpairs(s) 
    local f, s, var = ipairs(s) 
    return function() 
     local i, v = f(s,var) 
     var = i 
     return i, v 
    end 
end 

這可以被稱爲

tbl = {'a', 'b', 'c', 'd'} 
sip = statefulIpairs(tbl) -- sip is stateful iter specific to tbl 
for i,v in sip() do print(i,v) end 

有狀態迭代的開發人員決定哪些功能迭代器有：迭代器的API可允許退，反轉方向，或其他操作。這甚至可以在關閉的情況下使用：可以使用附加參數來訪問附加功能。例如，接受第三個參數，當非爲零，重置序列的開端：

function resetableStatefulIpairs(s) 
    local f, s, var = ipairs(s) 
    local start = var 
    return function(a,b,reset) 
     if reset ~= nil then var = start; return end   
     local i, v = f(s,var) 
     var = i 
     return i, v 
    end 
end 

sip = resetableStatefulIpairs(tbl) -- sip is stateful iter specific to tbl 
for i,v in sip() do print(i,v) end 
sip(nil, nil, true) -- reset it 
for i,v in sip() do print(i,v) end 

更新了一個更簡潔的例子是如何產生的功能迭代器，接受命令，這樣你可以」 ...停止在序列的其餘部分的序列中的任意位置和迭代的3倍」（由@deduplicator的要求）：

function iterGen(seq, start) 
    local cvar = start or 1 
    return function(cmd) 
     if cmd == nil then 
      if cvar > #seq then return nil, nil end 
      val = seq[cvar] 
      cvar = cvar + 1 
      return cvar-1, val 

     else 
      cmd = cmd[1] 
      if cmd == 'rewind' then 
       cvar = start or 1 

      elseif cmd == 'newstart' then 
       start = cvar 
      end 
     end 
    end 
end 

通過以上：

> s = {1,2,3,4,5,6,7} 
> iter = iterGen(s) 
> for i,v in iter do print(i,v); if i==3 then break end end 
1  1 
2  2 
3  3 
> iter {'newstart'} -- save current as the new start pos 
> for i,v in iter do print(i,v) end -- continue till end 
4  4 
5  5 
6  6 
7  7 
> iter {'rewind'} 
> for i,v in iter do print(i,v) end 
4  4 
5  5 
6  6 
7  7 
> iter {'rewind'} 
> for i,v in iter do print(i,v) end 
4  4 
5  5 
6  6 
7  7 

正如所證明的，除了迭代狀態在迭代器內部這一事實之外，狀態迭代器沒有什麼特別之處，因此，如上所述，開發人員需要公開所需的功能，如上面的rewind和newstart。使用無狀態迭代器，沒有限制。

這將是一個更自然的API設計迭代器作爲函子，因爲然後迭代器「函數」有「方法」可以調用，但創建一個可指令函數是一個有趣的挑戰。

Answer 2

狀態和無狀態的迭代器之間的區別很簡單：

有狀態的迭代器有內部狀態，所以你不能創建它們，運行它們了一下，然後反覆要求使用相同的迭代器序列的末端。 string.gmatch(...)返回一個很好的例子。

相反，無狀態迭代器是其輸入的純函數，所有狀態都是外部的。最有名的是返回pairs(a)（返回a, next，如果沒有__pairs metamethod定義）和ipairs（如果沒有`__ipairs metamethod）。如果你想重複遍歷序列的末尾，只保存參數。