在Lua中，迭代器是一种用于遍历集合元素的重要工具。掌握迭代器的使用方法，对于提高Lua编程的效率和代码的可读性具有重要意义。
1.迭代器概述
12.1.1 迭代器介绍
迭代器是一种设计模式，它提供了一种访问集合元素的方法，而不需要暴露其底层结构。在Lua中，迭代器通常以一个函数的形式表示，每次调用该函数时，它会返回集合中的下一个元素。当没有更多元素时，迭代器返回nil。
1.2 泛型for循环
在Lua中，泛型for循环用于遍历一个迭代器函数返回的所有值。泛型for循环的基本语法如下：
for variable1, variable2, ... in iterator_expression do
-- 执行代码块
end这里的iterator_expression通常是一个表达式，它应该返回三个值：迭代器函数、状态变量和初始值。在每一次循环中，Lua会调用迭代器函数，传递状态变量和上一次调用的结果（除了第一次，它会传递初始值）。当迭代器函数返回nil作为第一个值时，循环结束。
1.3 迭代器应用场景
迭代器在Lua中有多种应用场景，例如：
- 遍历数组或表。
- 遍历文件中的每一行。
- 处理数据库查询结果等。
通过使用迭代器，可以更加简洁地处理这些任务，同时保持代码的可读性和可维护性。
2.内置迭代器
Lua提供了两个常用的内置迭代器：
| 迭代器 | 作用 |
| pairs(t) | 用于遍历表中的所有键值对，它的遍历顺序是不确定的（通常是按照哈希表内部的存储顺序）。 |
| ipairs(t) | 用于遍历数组，即从索引1开始直到遇到第一个nil元素为止。它返回两个值：索引和索引对应的元素。 |
这两个迭代器都是无状态的，意味着它们不保留任何额外的状态信息，只依赖于传递给它们的状态常量和控制变量。
假设有一个包含数字的数组，可以使用ipairs函数来遍历该数组。
-- ipairs_test.lua文件
local numbers = {10, 20, 30}
for index, value in ipairs(numbers) do
print(index, value)
end执行以上脚本代码，程序输出结果如下。
1 10
2 20
3 30根据上面的示例，下面我们来看看泛型for的执行过程：
- 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它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。
对于一个关联数组（哈希表，key-value键值形式），我们可以用pairs来遍历键值对。
-- pairs_test.lua文件
local person = {
name = "Alice",
age = 30,
city = "Beijing"
}
for key, value in pairs(person) do
print(key, value)
end执行以上脚本代码，程序输出结果如下。
name Alice
age 30
city Beijing注意，pairs遍历表元素的顺序不是固定的，如果你想按照特定顺序访问元素，你应该显式地排序或者使用有序的数据结构。
3.自定义迭代器
在Lua编程语言中，迭代器是一种允许程序员遍历数据集合的重要工具。它让开发者可以访问集合中的每一个元素，而无需暴露集合的内部结构。根据是否保存遍历过程的状态，迭代器被分为两种类型：无状态迭代器和多状态迭代器。下面我们将详细介绍这两种迭代器，并提供具体的语法和示例帮助理解。
3.1 无状态迭代器
无状态迭代器是指不保留任何状态信息的迭代器。这意味着，在每次调用迭代函数时，它并不依赖于之前的状态来决定下一个元素的位置。相反，它仅使用两个参数——状态常量（通常是表本身）和控制变量（如索引或键）——来计算并返回下一个元素。例如，ipairs函数就是一个典型的无状态迭代器，它遍历数组的每一个元素，且元素的索引必须是数值。
在Lua中，使用无状态迭代器时，for循环的表达式部分需要提供三个值：
- 迭代函数：用于生成下一个元素。
- 状态常量：在迭代过程中不会改变的值，通常是需要遍历的集合。
- 控制变量：用于控制迭代过程的变量，通常在每次迭代后递增。
无状态迭代器的语法总结一下就是，当使用无状态迭代器时，泛型for循环会保存三个值：迭代函数、状态常量以及控制变量。这些值是在循环开始前由表达式计算出来的。每次迭代时，迭代函数都会以状态常量和控制变量作为参数被调用，并返回新的控制变量和一个或多个元素值。如果返回的第一个非空值为nil，则循环结束。
如下实现了一个简单的数字平方迭代器的例子。
-- no_state_iterator_test.lua文件
function square(iteratorMaxCount, currentNumber)
if currentNumber < iteratorMaxCount then
currentNumber = currentNumber + 1
return currentNumber, currentNumber * currentNumber
end
end
for i, n in square, 3, 0 do
print(i, n) -- 输出结果为: 1 1, 2 4, 3 9
end在这个例子中，square函数充当了无状态迭代器的角色。它接收最大计数iteratorMaxCount和当前数字currentNumber作为参数，然后根据这两个值计算出下一个要返回的数字及其平方值。
执行以上脚本代码，程序输出结果如下。
1 1
2 4
3 9另一个常见的无状态迭代器是ipairs，它是用来遍历数组形式的表的。其工作原理如下所示。
function ipairs(t)
return iter, t, 0
end
function iter(a, i)
i = i + 1
local v = a[i]
if v then
return i, v
end
end这段代码展示了如何创建一个类似于ipairs的迭代器，其中iter函数是一个无状态迭代器，因为它只依赖传入的状态常量a和控制变量i来确定下一个元素的位置。
3.2 多状态迭代器
多状态迭代器会在迭代过程中保存额外的状态信息。这使得每个迭代器实例都可以独立地遍历相同的集合，而不会相互影响。为了实现这一点，通常会使用闭包或者将所有必要的状态封装在一个表内，作为迭代器的一部分。
- 使用闭包：在迭代函数内部定义局部变量来保存状态，这些变量在每次迭代中都会被保留。
- 使用表：将状态信息封装到一个表中，将表作为迭代器的状态常量传递给迭代函数。
使用闭包。下面是一个创建自定义迭代器的例子，该迭代器可以遍历一个表中的所有元素，同时计算并输出它们的长度。
-- multi_state_iterator_test.lua文件
-- 定义一个数组
local array = {"Google", "Baidu", "ByteDance"}
-- 定义一个多状态迭代器
local function elementIterator(collection)
local index = 0
local count = #collection
-- 返回一个闭包作为迭代器
return function()
index = index + 1
if index <= count then
return collection[index], string.len(tostring(collection[index]))
end
end
end
-- 使用迭代器遍历数组
for element, length in elementIterator(array) do
print(element, length)
end在这个例子中，elementIterator函数创建了一个闭包，该闭包维护了一个私有的index计数器和count变量。每当迭代器被调用时，它就会递增index并检查是否超过了count的限制。如果没有超过，则返回当前元素及其字符串表示形式的长度。
执行以上脚本代码，程序输出结果如下。
Google 6
Baidu 5
ByteDance 9此外，还可以使用表来保存状态信息。例如，如果我们想要遍历一个包含文件路径的表，并读取每个文件的内容，我们可以这样做。
local files = {"file1.txt", "file2.txt"}
function fileReader(paths)
local i = 0
return function()
i = i + 1
local path = paths[i]
if path then
local f = io.open(path)
if f then
local content = f:read("*all")
f:close()
return path, content
end
end
end
end
for path, content in fileReader(files) do
print("File:", path)
print("Content:", content)
end这里，fileReader函数创建了一个闭包，该闭包负责打开指定路径下的文件并读取其内容。由于闭包能够捕获并记住外部作用域中的变量，因此它可以轻松地跟踪正在处理的是哪个文件。
最后对无状态迭代器和多状态迭代器做如下总结：
- 无状态迭代器：不保留任何状态，每次迭代都只依赖于迭代函数、状态常量和控制变量。适用于简单的迭代场景，如遍历数组。
- 多状态迭代器：需要保存多个状态信息，可以通过闭包或表来实现。适用于复杂的迭代场景，如遍历文件中的单词。
综上所述，无论是无状态还是多状态迭代器，它们都提供了灵活且强大的机制来遍历各种类型的集合。选择哪种迭代器取决于具体的应用场景和个人偏好。
