Lua中的weak表——weak table

　　弱表(weak table)是一個頗有意思的東西，像C++/Java等語言是沒有的。弱表的定義是：A weak table is a table whose elements are weak references，元素爲弱引用的表就叫弱表。有弱引用那麼也就有強引用，有引用那麼也就有非引用。咱們先要釐這些基本概念：變量、值、類型、對象。

　　（1）變量與值：Lua是一個dynamically typed language，也就是說在Lua中，變量沒有類型，它能夠是任何東西，而值有類型，因此Lua中沒有變量類型定義這種東西。另外，Lua中全部的值都是第一類值(first-class values)。

　　（2）Lua有8種基本類型：nil、boolean、number、string、function、userdata、thread、table。其中Nil就是nil變量的類型，nil的主要用途就是一個全部類型以外的類型，用於區別其餘7中基本類型。

　　（3）對象objects:Tables、functins、threads、userdata。對於這幾種值類型，其變量皆爲引用類型（變量自己不存儲類型數據，而是指向它們）。賦值、參數傳遞、函數返回等都操做的是這些值的引用，並不產生任何copy行爲。

 　　

　　Lua的垃圾回收機制：gc是不少語言的常見機制，讓程序員拜託複雜易出錯的內存管理。

　　定義：Lua manages memory automatically by running a garbage collector to collect all dead objects (that is, objects that are no longer accessible from Lua). 

　　三點理解：（1）gc自動運行，也能夠手動調用；（2）自動收集的目標是引用計數爲0的對象；（3）dead objects：不能訪問到的對象，沒有引用指向它了，固然就是訪問不到的了，也就等同於垃圾內存了。

 

　　weak table的定義：

　　（1）weak表是一個表，它擁有metatable，而且metatable定義了__mode字段；

　　（2）weak表中的引用是弱引用(weak reference)，弱引用不會致使對象的引用計數變化。換言之，若是一個對象只有弱引用指向它，那麼gc會自動回收該對象的內存。

　　（3）__mode字段能夠取如下三個值：k、v、kv。k表示table.key是weak的，也就是table的keys可以被自動gc；v表示table.value是weak的，也就是table的values能被自動gc；kv就是兩者的組合。任何狀況下，只要key和value中的一個被gc，那麼這個key-value pair就被從表中移除了( In any case, if either the key or the value is collected, the whole pair is removed from the table)。

　　對於普通的強引用表，當你把對象放進表中的時候，就產生了一個引用，那麼即便其餘地方沒有對錶中元素的任何引用，gc也不會被回收這些對象。那麼你的選擇只有兩種：手動釋放表元素或者讓它們常駐內存。

strongTable = {}
strongTable[1] = function() print("i am the first element") end
strongTable[2] = function() print("i am the second element") end
strongTable[3] = {10, 20, 30}

print(table.getn(strongTable))            -- 3
collectgarbage()                        
print(table.getn(strongTable))            -- 3

　　可是，在編程環境中，有時你並不肯定手動給一個鍵值賦nil的時機，而是須要等全部使用者用完之後進行釋放，在釋放之前，是能夠訪問這個鍵值對的。這種時候，weak表就派上用場了。關於weak table的理解，看下面這個小例子：

weakTable = {}
weakTable[1] = function() print("i am the first element") end
weakTable[2] = function() print("i am the second element") end
weakTable[3] = {10, 20, 30}

setmetatable(weakTable, {__mode = "v"})        -- 設置爲弱表

print(table.getn(weakTable))            　　　　-- 3

ele = weakTable[1]        　　　　　　　　　　　　-- 給第一個元素增長一個引用
collectgarbage()
print(table.getn(weakTable))         　　　　　　-- 1，第一個函數引用爲1，不能gc

ele = nil                　　　　　　　　　　　　　-- 釋放引用
collectgarbage()
print(table.getn(weakTable))            　　　　-- 0，沒有其餘引用了，所有gc

　　固然在實際的代碼過程當中，咱們不必定須要手動collectgarbage，由於該函數是在後臺自動運行的，它有本身的運行週期和規律，對編程者來講是透明的。

　　注意：只有擁有顯示構造的對象類型會被自動從weak表中移除，值類型boolean、number是不會自動從weak中移除的。而string類型雖然也由gc來負責清理，可是string沒有顯示的構造過程，所以也不會自動從weak表中移除，對於string的內存管理有單獨的策略。

　　基於weak表的簡單應用：

　　（1）記憶函數：一個至關廣泛的編程技術是用空間來換取時間。你能夠經過記憶函數結果來進行優化，當你用一樣的參數再次調用函數時，它能夠自動返回記憶的結果。將函數的輸入和輸出分別做爲key和value放在一個weak table裏面，調用函數以前先查看有無現成的結果，有就返回，沒有就調用函數，而後將結果存入表中。因爲是weak table，此表會按期自動清理掉再也不有引用的鍵值對。

　　（2）關聯對象屬性：Lua自己使用這種技術來保存數組的大小。table庫提供了一個函數來設定數組的大小，另外一個函數來讀取數組的大小。當你設定了一個數組的大小，Lua 將這個尺寸保存在一個私有的weak table，索引就是數組自己，而value就是它的尺寸。

　　一樣的，當咱們須要給任一對象添加一個屬性的時候，能夠在外部單獨作一弱key表，而後以對象爲key值，屬性值爲value。這樣便可以方便的訪問這個屬性，也不影響該對象的釋放。並且對象自己沒任何修改，能很好的保持對象自己的獨立性。

 　　（3）帶有默認值的表：

　　有兩種實現方法，第一種方法，使用關聯對象屬性的方法，將表做爲key，默認值做爲value，存到一個弱key的weak表中：

local defaults = {}
setmetatable(defaults, {_mode = "k"})

local mt = {__index = function(t) return defaults[t] end}

function setDefault(t, d)
    defaults[t] = d
    setmetatable(t, mt)
end

　　第二種方法，針對不一樣的metatable來進行優化，對於每個具體的默認值，生成一個與之對應的metatable，而後以默認值爲key，metatable爲value，存到一個弱value的weak表中：

metas = {}
setmetatable(metas, {__mode = "v"})

setdefault = function (t, d)
    local mt = metas[d]
    if mt == nil then
        mt = {__index = function() return d end}
        metas[d] = mt
    end
    setmetatable(t, mt)
end

　　兩種方式各有利弊，第一種方法對於每個table都須要添加一個鍵值對，可是公用一個metatable。第二種方法須要許多個不一樣的metatable，但擁有相同默認值的table共用一個metatable，而且weak表要比第一種方法小。若是你的代碼環境中有不少個table，但經常使用默認值只有那麼幾種，建議選擇第二種方法，不然就選擇第一種方法。