闭包与高阶函数 #
一、闭包基础 #
1.1 什么是闭包 #
闭包是一个函数，它可以访问其外部作用域中的变量，即使外部函数已经返回：
lua
local function create_counter()
local count = 0 -- 外部变量
return function() -- 闭包
count = count + 1
return count
end
end
local counter = create_counter()
print(counter()) -- 1
print(counter()) -- 2
print(counter()) -- 3
1.2 闭包的组成 #
lua
local function outer(x) -- 外部函数
local y = 10 -- 自由变量
local function inner(z) -- 内部函数（闭包）
return x + y + z -- 访问外部变量
end
return inner
end
local closure = outer(5)
print(closure(3)) -- 5 + 10 + 3 = 18
1.3 词法作用域 #
lua
local x = 10
local function outer()
local x = 20
local function inner()
print(x) -- 访问最近的 x（20）
end
return inner
end
local f = outer()
f() -- 20（不是 10）
二、闭包应用 #
2.1 数据封装 #
lua
-- 私有变量
local function create_account(initial_balance)
local balance = initial_balance or 0 -- 私有变量
return {
deposit = function(amount)
balance = balance + amount
return balance
end,
withdraw = function(amount)
if amount > balance then
return nil, "余额不足"
end
balance = balance - amount
return balance
end,
get_balance = function()
return balance
end
}
end
local account = create_account(100)
print(account.get_balance()) -- 100
account.deposit(50)
print(account.get_balance()) -- 150
account.withdraw(30)
print(account.get_balance()) -- 120
-- balance 是私有的，外部无法直接访问
2.2 工厂函数 #
lua
-- 创建验证器
local function create_validator(rules)
return function(data)
for field, rule in pairs(rules) do
local value = data[field]
if rule.required and value == nil then
return false, field .. " 是必填项"
end
if rule.min and value and #value < rule.min then
return false, field .. " 长度不足"
end
end
return true
end
end
local validate_user = create_validator({
name = {required = true, min = 2},
email = {required = true}
})
local ok, err = validate_user({name = "A"})
print(ok, err) -- false name 长度不足
2.3 状态保持 #
lua
-- 记忆化
local function memoize(func)
local cache = {}
return function(...)
local key = table.concat({...}, "-")
if cache[key] == nil then
cache[key] = {func(...)}
end
return table.unpack(cache[key])
end
end
local slow_fib = function(n)
if n <= 1 then return n end
return slow_fib(n - 1) + slow_fib(n - 2)
end
local fib = memoize(function(n)
if n <= 1 then return n end
return fib(n - 1) + fib(n - 2)
end)
print(fib(50)) -- 快速计算
2.4 延迟执行 #
lua
-- 惰性求值
local function lazy(func, ...)
local args = {...}
local cached_result = nil
local computed = false
return function()
if not computed then
cached_result = func(table.unpack(args))
computed = true
end
return cached_result
end
end
local lazy_value = lazy(function()
print("计算中...")
return 42
end)
print("创建完成")
print(lazy_value()) -- 计算中... 42
print(lazy_value()) -- 42（不再计算）
三、高阶函数 #
3.1 函数作为参数 #
lua
-- 数组遍历
local function foreach(arr, func)
for i, v in ipairs(arr) do
func(v, i)
end
end
foreach({1, 2, 3, 4, 5}, function(v, i)
print(string.format("arr[%d] = %d", i, v))
end)
-- 条件查找
local function find(arr, predicate)
for i, v in ipairs(arr) do
if predicate(v, i) then
return v, i
end
end
return nil, nil
end
local value, index = find({1, 2, 3, 4, 5}, function(v)
return v > 3
end)
print(value, index) -- 4 4
3.2 函数作为返回值 #
lua
-- 谓词生成器
local function greater_than(n)
return function(x)
return x > n
end
end
local is_adult = greater_than(17)
print(is_adult(18)) -- true
print(is_adult(16)) -- false
-- 组合使用
local numbers = {1, 5, 10, 15, 20}
local big_numbers = filter(numbers, greater_than(10))
print(table.concat(big_numbers, ", ")) -- 15, 20
3.3 函数组合 #
lua
-- compose：从右向左组合
local function compose(...)
local funcs = {...}
return function(x)
local result = x
for i = #funcs, 1, -1 do
result = funcs[i](result)
end
return result
end
end
-- pipe：从左向右组合
local function pipe(...)
local funcs = {...}
return function(x)
local result = x
for _, f in ipairs(funcs) do
result = f(result)
end
return result
end
end
local double = function(x) return x * 2 end
local add_one = function(x) return x + 1 end
local square = function(x) return x * x end
local process = pipe(double, add_one, square)
print(process(3)) -- ((3 * 2) + 1) ^ 2 = 49
3.4 柯里化 #
lua
-- 柯里化函数
local function curry(func, arity)
arity = arity or 2
return function(...)
local args = {...}
if #args >= arity then
return func(table.unpack(args))
else
return curry(function(...)
return func(table.unpack(args), ...)
end, arity - #args)
end
end
end
local add = curry(function(a, b, c)
return a + b + c
end)
print(add(1)(2)(3)) -- 6
print(add(1, 2)(3)) -- 6
print(add(1)(2, 3)) -- 6
print(add(1, 2, 3)) -- 6
四、常用高阶函数 #
4.1 map #
lua
local function map(arr, func)
local result = {}
for i, v in ipairs(arr) do
result[i] = func(v, i)
end
return result
end
local doubled = map({1, 2, 3, 4, 5}, function(x)
return x * 2
end)
print(table.concat(doubled, ", ")) -- 2, 4, 6, 8, 10
-- 对象映射
local users = {
{name = "Alice", age = 25},
{name = "Bob", age = 30},
{name = "Charlie", age = 35}
}
local names = map(users, function(user)
return user.name
end)
print(table.concat(names, ", ")) -- Alice, Bob, Charlie
4.2 filter #
lua
local function filter(arr, func)
local result = {}
for i, v in ipairs(arr) do
if func(v, i) then
table.insert(result, v)
end
end
return result
end
local evens = filter({1, 2, 3, 4, 5, 6}, function(x)
return x % 2 == 0
end)
print(table.concat(evens, ", ")) -- 2, 4, 6
4.3 reduce #
lua
local function reduce(arr, func, initial)
local acc = initial
local start = 1
if acc == nil then
acc = arr[1]
start = 2
end
for i = start, #arr do
acc = func(acc, arr[i], i)
end
return acc
end
local sum = reduce({1, 2, 3, 4, 5}, function(acc, v)
return acc + v
end)
print(sum) -- 15
local product = reduce({1, 2, 3, 4, 5}, function(acc, v)
return acc * v
end, 1)
print(product) -- 120
4.4 some 和 every #
lua
local function some(arr, func)
for i, v in ipairs(arr) do
if func(v, i) then
return true
end
end
return false
end
local function every(arr, func)
for i, v in ipairs(arr) do
if not func(v, i) then
return false
end
end
return true
end
local arr = {1, 2, 3, 4, 5}
print(some(arr, function(x) return x > 3 end)) -- true
print(every(arr, function(x) return x > 0 end)) -- true
五、闭包陷阱 #
5.1 循环中的闭包 #
lua
-- 问题：所有函数都返回相同值
local functions = {}
for i = 1, 3 do
functions[i] = function()
return i
end
end
print(functions[1]()) -- 1
print(functions[2]()) -- 2
print(functions[3]()) -- 3
-- Lua 中这个问题不存在，因为每次循环都创建新的 i
-- 但如果使用外部变量
local j = 0
local funcs = {}
for i = 1, 3 do
j = i
funcs[i] = function()
return j
end
end
print(funcs[1]()) -- 3（所有函数都返回 3）
print(funcs[2]()) -- 3
print(funcs[3]()) -- 3
-- 解决方案：使用闭包捕获当前值
local funcs2 = {}
for i = 1, 3 do
funcs2[i] = (function(n)
return function()
return n
end
end)(i)
end
print(funcs2[1]()) -- 1
print(funcs2[2]()) -- 2
print(funcs2[3]()) -- 3
5.2 内存泄漏 #
lua
-- 闭包会持有外部变量的引用
local function create_leak()
local big_data = {} -- 大数据
for i = 1, 1000000 do
big_data[i] = i
end
return function()
-- 即使不使用 big_data，它也会被保留
return "leak"
end
end
-- 正确做法：不需要时释放
local function create_no_leak()
local big_data = {}
for i = 1, 1000000 do
big_data[i] = i
end
local result = big_data[1] -- 只保存需要的
big_data = nil -- 释放大对象
return function()
return result
end
end
六、实用模式 #
6.1 单例模式 #
lua
local singleton = (function()
local instance = nil
return function()
if not instance then
instance = {
value = 0,
increment = function(self)
self.value = self.value + 1
end
}
end
return instance
end
end)()
local s1 = singleton()
local s2 = singleton()
s1:increment()
print(s2.value) -- 1（同一个实例）
6.2 发布订阅模式 #
lua
local function create_event_emitter()
local events = {}
return {
on = function(event, callback)
events[event] = events[event] or {}
table.insert(events[event], callback)
end,
emit = function(event, ...)
if events[event] then
for _, callback in ipairs(events[event]) do
callback(...)
end
end
end,
off = function(event, callback)
if events[event] then
for i, cb in ipairs(events[event]) do
if cb == callback then
table.remove(events[event], i)
break
end
end
end
end
}
end
local emitter = create_event_emitter()
emitter.on("message", function(msg)
print("收到消息：" .. msg)
end)
emitter.emit("message", "Hello")
6.3 装饰器模式 #
lua
local function log_calls(func)
local count = 0
return function(...)
count = count + 1
print(string.format("调用 #%d", count))
return func(...)
end
end
local function add(a, b)
return a + b
end
local logged_add = log_calls(add)
print(logged_add(1, 2)) -- 调用 #1 3
print(logged_add(3, 4)) -- 调用 #2 7
七、总结 #
本章介绍了 Lua 的闭包和高阶函数：
- 闭包基础：闭包可以访问外部作用域的变量
- 闭包应用：数据封装、工厂函数、状态保持
- 高阶函数：函数作为参数或返回值
- 常用函数：map、filter、reduce
- 闭包陷阱：循环中的闭包、内存泄漏
- 设计模式：单例、发布订阅、装饰器
闭包是 Lua 函数式编程的核心概念。下一章，我们将学习可变参数函数。
最后更新：2026-03-27