下面的 Lua 迭代器是无状态的吗？答案

【问题标题】：Is the following Lua iterator stateless?下面的 Lua 迭代器是无状态的吗？
【发布时间】：2016-08-03 17:35:49
【问题描述】：

我对无状态迭代器的概念感到困惑。作为练习，我编写了一个迭代器来打印给定字符串的所有非空子字符串。代码如下。

local function iter(state, i)
    local str = state.str
    if type(str) ~= "string" or str == "" then return nil end
    if state.ending > #str then return nil end

    local start = state.start
    local ending = state.ending

    if start == ending then
        state.ending = ending + 1
        state.start = 1
    else
        state.start = start + 1
    end

    return string.sub(str, start, ending)
end

function allSubstrings(str)
    return iter, { str = str, start = 1, ending = 1 }, nil
end

for substr in allSubstrings("abcd123") do
    print(substr)
end

我使用一个表{ str = str, start = 1, ending = 1 }作为所谓的不变状态，但是我必须在iter本地函数中更改这个表中的字段。那么这个迭代器是无状态的还是具有复杂状态的呢？如果它不是无状态的，有没有办法用无状态迭代器来实现这个功能？

谢谢。

【问题讨论】：

标签： lua iterator

【解决方案1】：

PIL-chapter about stateless iterators 声明：

顾名思义，无状态迭代器是一个自身不保持任何状态的迭代器。因此，我们可以在多个循环中使用相同的无状态迭代器，从而避免创建新闭包的成本。

在代码中，这意味着 for 都在循环：

f, s, var = pairs( t )
for k,v in f, s, var do print( k, v ) end
for k,v in f, s, var do print( k, v ) end

应该产生相同的输出。这仅在不变状态 s 和迭代器函数 f 的任何上值都没有在迭代期间发生变化时才有效，否则第二个 for 循环将具有与第一个循环不同的开始条件。

所以，不，您的迭代器不是无状态迭代器，因为您在迭代期间更改了不变状态。

有一种方法可以使您的迭代器无状态（流行的 Lua 库 luafun 广泛使用这种技术）：将所有可变状态保留在循环控制变量 var 中（即使您需要在每个分配步骤）：

local function iter( str, var )
  if type( str ) ~= "string" or str == "" then return nil end
  if var[ 2 ] > #str then return nil end
  local start, ending = var[ 1 ], var[ 2 ]
  if start == ending then
    return { 1, ending+1 }, string.sub( str, start, ending )
  else
    return { start+1, ending }, string.sub( str, start, ending )
  end
end

function allSubstrings2( str )
  return iter, str, { 1, 1 }
end

for _,substr in allSubstrings2( "abcd123" ) do
  print( substr )
end

缺点是第一个迭代变量var（循环控制变量）对迭代器的用户没有任何用处，并且由于您必须为每个迭代步骤分配一个表，“避免了创建新的成本闭包”对于另一个循环并不重要。

luafun 无论如何都会这样做，因为它无法重新创建迭代器元组（它通过外部代码的函数参数传递），并且对于某些算法，您绝对需要多次运行相同的迭代。

这种方法的替代方法是将所有可变状态集中在“不变状态”s（f 的所有上值必须是不可变的），并提供一种复制/克隆此状态以供以后迭代的方法：

f, s, var = allSubstrings("abcd123")
s2 = clonestate( s )
for str in f, s, var do print( str ) end
for str in f, s2, var do print( str ) end

这仍然不是无状态迭代器，但它比具有堆分配循环控制变量的无状态迭代器更节省内存，并且它允许您重新开始迭代。

【讨论】：

非常感谢。我想现在对我来说更清楚了。我只是在阅读 PIL，但我无法理解这一点。
如果你在无状态的方法中不返回一个新创建的表，而是直接修改var并返回它，会有什么不同吗？
@user1187195 这将阻止您重新开始迭代，因为第二个循环中的var 将包含与第一个循环中不同的值。虽然在 PIL 中关于无状态迭代器的章节中没有明确提到这种情况，但我想说这会使迭代器失去无状态的资格......

【解决方案2】：

这不是stateless iterator，它确实是带有complex state 的迭代器。

在无状态迭代器中只有一个控制变量，在整个迭代器中它应该被视为一个纯值。

您可以考虑使用闭包来实现这一点。不是完全无状态的，但确实在查找表时使用了上值，这应该更有效。

local function allSubstrings (str)
    if type(str) ~= "string" or str == "" then
        return function () end -- NOP out on first iteration
    end

    local length = #str
    local start, ending = 1, 1

    return function ()
        if ending > length then return nil end

        local st, ed = start, ending

        if start == ending then
            ending = ending + 1
            start = 1
        else
            start = start + 1
        end

        return string.sub(str, st, ed)
    end
end

for substr in allSubstrings("abcd123") do
    print(substr)
end

【讨论】：

【解决方案3】：

PIL 书中称其为“具有复杂状态的迭代器”
http://www.lua.org/pil/7.4.html

【讨论】：