Lua中的weak表——weak table

　　弱表(weak table)是一个颇有意思的东西，像C++/Java等语言是没有的。弱表的定义是：A weak table is a table whose elements are weak references，元素为弱引用的表就叫弱表。有弱引用那么也就有强引用，有引用那么也就有非引用。咱们先要厘这些基本概念：变量、值、类型、对象。

　　（1）变量与值：Lua是一个dynamically typed language，也就是说在Lua中，变量没有类型，它能够是任何东西，而值有类型，因此Lua中没有变量类型定义这种东西。另外，Lua中全部的值都是第一类值(first-class values)。

　　（2）Lua有8种基本类型：nil、boolean、number、string、function、userdata、thread、table。其中Nil就是nil变量的类型，nil的主要用途就是一个全部类型以外的类型，用于区别其余7中基本类型。

　　（3）对象objects:Tables、functins、threads、userdata。对于这几种值类型，其变量皆为引用类型（变量自己不存储类型数据，而是指向它们）。赋值、参数传递、函数返回等都操做的是这些值的引用，并不产生任何copy行为。

 　　

　　Lua的垃圾回收机制：gc是不少语言的常见机制，让程序员拜托复杂易出错的内存管理。

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

　　三点理解：（1）gc自动运行，也能够手动调用；（2）自动收集的目标是引用计数为0的对象；（3）dead objects：不能访问到的对象，没有引用指向它了，固然就是访问不到的了，也就等同于垃圾内存了。

 

　　weak table的定义：

　　（1）weak表是一个表，它拥有metatable，而且metatable定义了__mode字段；

　　（2）weak表中的引用是弱引用(weak reference)，弱引用不会致使对象的引用计数变化。换言之，若是一个对象只有弱引用指向它，那么gc会自动回收该对象的内存。

　　（3）__mode字段能够取如下三个值：k、v、kv。k表示table.key是weak的，也就是table的keys可以被自动gc；v表示table.value是weak的，也就是table的values能被自动gc；kv就是两者的组合。任何状况下，只要key和value中的一个被gc，那么这个key-value pair就被从表中移除了( In any case, if either the key or the value is collected, the whole pair is removed from the table)。

　　对于普通的强引用表，当你把对象放进表中的时候，就产生了一个引用，那么即便其余地方没有对表中元素的任何引用，gc也不会被回收这些对象。那么你的选择只有两种：手动释放表元素或者让它们常驻内存。

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，在编程环境中，有时你并不肯定手动给一个键值赋nil的时机，而是须要等全部使用者用完之后进行释放，在释放之前，是能够访问这个键值对的。这种时候，weak表就派上用场了。关于weak table的理解，看下面这个小例子：

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"})        -- 设置为弱表

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

ele = weakTable[1]        　　　　　　　　　　　　-- 给第一个元素增长一个引用
collectgarbage()
print(table.getn(weakTable))         　　　　　　-- 1，第一个函数引用为1，不能gc

ele = nil                　　　　　　　　　　　　　-- 释放引用
collectgarbage()
print(table.getn(weakTable))            　　　　-- 0，没有其余引用了，所有gc

　　固然在实际的代码过程当中，咱们不必定须要手动collectgarbage，由于该函数是在后台自动运行的，它有本身的运行周期和规律，对编程者来讲是透明的。

　　注意：只有拥有显示构造的对象类型会被自动从weak表中移除，值类型boolean、number是不会自动从weak中移除的。而string类型虽然也由gc来负责清理，可是string没有显示的构造过程，所以也不会自动从weak表中移除，对于string的内存管理有单独的策略。

　　基于weak表的简单应用：

　　（1）记忆函数：一个至关广泛的编程技术是用空间来换取时间。你能够经过记忆函数结果来进行优化，当你用一样的参数再次调用函数时，它能够自动返回记忆的结果。将函数的输入和输出分别做为key和value放在一个weak table里面，调用函数以前先查看有无现成的结果，有就返回，没有就调用函数，而后将结果存入表中。因为是weak table，此表会按期自动清理掉再也不有引用的键值对。

　　（2）关联对象属性：Lua自己使用这种技术来保存数组的大小。table库提供了一个函数来设定数组的大小，另外一个函数来读取数组的大小。当你设定了一个数组的大小，Lua 将这个尺寸保存在一个私有的weak table，索引就是数组自己，而value就是它的尺寸。

　　一样的，当咱们须要给任一对象添加一个属性的时候，能够在外部单独作一弱key表，而后以对象为key值，属性值为value。这样便可以方便的访问这个属性，也不影响该对象的释放。并且对象自己没任何修改，能很好的保持对象自己的独立性。

 　　（3）带有默认值的表：

　　有两种实现方法，第一种方法，使用关联对象属性的方法，将表做为key，默认值做为value，存到一个弱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

　　第二种方法，针对不一样的metatable来进行优化，对于每个具体的默认值，生成一个与之对应的metatable，而后以默认值为key，metatable为value，存到一个弱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

　　两种方式各有利弊，第一种方法对于每个table都须要添加一个键值对，可是公用一个metatable。第二种方法须要许多个不一样的metatable，但拥有相同默认值的table共用一个metatable，而且weak表要比第一种方法小。若是你的代码环境中有不少个table，但经常使用默认值只有那么几种，建议选择第二种方法，不然就选择第一种方法。