协程（coroutine）并不是 Lua 独有的概念，如果让我用一句话概括，那么大概就是：一种能够在运行途中主动中断，并且能够从中断处恢复运行的特殊函数。（嗯，其实不是函数。）

举个最原始的栗子

下面给出一个最简单的 Lua 中 coroutine 的用法演示：

function greet()
    print "hello world"
end

co = coroutine.create(greet) -- 创建 coroutine

print(coroutine.status(co))  -- 输出 suspended
print(coroutine.resume(co))  -- 输出 hello world
                             -- 输出 true (resume 的返回值)
print(coroutine.status(co))  -- 输出 dead
print(coroutine.resume(co))  -- 输出 false    cannot resume dead coroutine (resume 的返回值)
print(type(co))              -- 输出 thread

协程在创建时，需要把协程体函数传递给创建函数 create()。新创建的协程处于 suspended 状态，可以使用 resume 让其运行，全部执行完成后协程处于 dead 状态。如果尝试 resume 一个 dead 状态的，则可以从 resume 返回值上看出执行失败。另外你还可以注意到 Lua 中协程（coroutine）的变量类型其实叫做「thread」Orz...

乍一看可能感觉和线程没什么两样，但需要注意的是 resume() 只有在 greet() 以某种形式「返回」后才会返回（所以说协程像函数）。

函数执行的中断与再开

单从上面这个例子，我们似乎可以得出结论：协程果然就是某种坑爹的函数调用方式啊。然而，协程的真正魅力来自于 resume 和 yield 这对好基友之间的羁绊。

函数 coroutine.resume(co[, val1, ...])

开始或恢复执行协程 co。

如果是开始执行，val1 及之后的值都作为参数传递给协程体函数；如果是恢复执行，val1 及之后的值都作为 yield() 的返回值传递。

第一个返回值（还记得 Lua 可以返回多个值吗？）为表示执行成功与否的布尔值。如果成功，之后的返回值是 yield 的参数；如果失败，第二个返回值为失败的原因（Lua 的很多函数都采用这种错误处理方式）。

当然，如果是协程体函数执行完毕 return 而不是 yield()，那么 resume() 第一个返回值后跟着的就是其返回值。

函数 coroutine.yield(...)

中断协程的执行，使得开启该协程的 coroutine.resume() 返回。再度调用 coroutine.resume() 时，会从该 yield() 处恢复执行。

当然，yield() 的所有参数都会作为 resume() 第一个返回值后的返回值返回。

OK，总结一下：当 co = coroutine.create(f) 时，yield() 和 resume() 的关系如下图：

How coroutine makes life easier

如果要求给某个怪写一个 AI：先向右走 30 帧，然后只要玩家进入视野就往反方向逃 15 帧。该怎么写？

传统做法

经典的纯状态机做法。

-- 每帧的逻辑
function Monster:frame()
    self:state_func()
    self.state_frame_count = self.state_frame_count + 1
end

-- 切换状态
function Monster:set_next_state(state)
    self.state_func = state
    self.state_frame_count = 0
end

-- 首先向右走 30 帧
function Monster:state_walk_1()
    local frame = self.state_frame_count
    self:walk(DIRECTION_RIGHT)
    if frame > 30 then
        self:set_next_state(state_wait_for_player)
    end
end

-- 等待玩家进入视野
function Monster:state_wait_for_player()
    if self:get_distance(player) < self.range then
        self.direction = -self:get_direction_to(player)
        self:set_next_state(state_walk_2)
    end
end

-- 向反方向走 15 帧
function Monster:state_walk_2()
    local frame = self.state_frame_count;
    self:walk(self.direction)
    if frame > 15 then
        self:set_next_state(state_wait_for_player)
    end
end

协程做法

-- 每帧的逻辑
function Monster:frame()
    -- 首先向右走 30 帧
    for i = 1, 30 do
        self:walk(DIRECTION_RIGHT)
        self:wait()
    end

    while true do
        -- 等待玩家进入视野
        while self:get_distance(player) >= self.range do
            self:wait()
        end

        -- 向反方向走 15 帧
        self.direction = -self:get_direction_to(player)
        for i = 1, 15 do
            self:walk(self.direction)
            self:wait()
        end
    end
end

-- 该帧结束
function Monster:wait()
    coroutine.yield()
end

额外说一句，从 wait() 函数可以看出，Lua 的协程并不要求一定要从协程体函数中调用 yield()，这是和 Python 的一个区别。

背景知识

Lua 给我的感觉是：各种内置函数和标准库的存在感都是比较强的。如果执行这句：

for name in pairs(_G) do print(_G) end

就会把各种环境中已存在名称的打印出来：

• 全局变量：比如字符串 _VERSION。
• 内置函数：比如 print、tonumber、dofile 之类。
• 模块名称：比如 string、io、coroutine 之类。

这里的全局变量 _G 就是存放环境的表（于是会有 _G 中存在着 _G._G 的递归）。

于是，平时对于全局变量的访问就可以等同于对 _G 表进行索引：

value = _G[varname]  --> value = varname
_G[varname] = value  --> varname = value

改变函数的环境

函数的上下文环境可以通过 setfenv(f, table) 函数改变，其中 table 是新的环境表，f 表示需要被改变环境的函数。如果 f 是数字，则将其视为堆栈层级（Stack Level），从而指明函数（1 为当前函数，2 为上一级函数）：

a = 3          -- 全局变量 a
setfenv(1, {}) -- 将当前函数的环境表改为空表
print(a)       -- 出错，因为当前环境表中 print 已经不存在了

没错，不仅是 a 不存在，连 print 都一块儿不存在了。如果需要引用以前的 print 则需要在新的环境表中放入线索：

a = 3
setfenv(1, { g = _G })
g.print(a)             -- 输出 nil
g.print(g.a)           -- 输出 3

沙盒

于是，出于安全或者改变一些内置函数行为的目的，需要在执行 Lua 代码时改变其环境时便可以使用 setfenv 函数。仅将你认为安全的函数或者新的实现加入新环境表中：

local env = {}  -- 沙盒环境表，按需要添入允许的函数

function run_sandbox(code)
  local func, message = loadstring(code)
  if not func then return nil, message end  -- 传入代码本身错误
  setfenv(func, env)
  return pcall(func)
end

Lua 5.2 的 _ENV 变量

Lua 5.2 中所有对全局变量 var 的访问都会在语法上翻译为 _ENV.var。而 _ENV 本身被认为是处于当前块外的一个局部变量。（于是只要你自己定义一个名为 _ENV 的变量，就自动成为了其后代码所处的「环境」（enviroment）。另有一个「全局环境」（global enviroment）的概念，指初始的 _G 表。）

Lua 的作者之一 Roberto Ierusalimschy 同志在介绍 Lua 5.2 时说：

the new scheme, with _ENV, allows the main benefit of setfenv with a little more than syntactic sugar.

就我的理解来说，优点就是原先虚无缥缈只能通过 setfenv、getfenv 访问的所谓「环境」终于实体化为一个始终存在的变量 _ENV 了。

于是以下两个函数内容大致是一样的：

-- Lua 5.1
function foobar()
  setfenv(1, {})
  -- code here
end

-- Lua 5.2
function foobar()
  local _ENV = {}
  -- code here
end

而更进一步的是，5.2 中对 load 函数作出了修改。（包括但不限于 :)）合并了 loadstring 功能，并可以在参数中指定所使用的环境表：

local func, message = load(code, nil, "t", env)

参考

• http://lua-users.org/wiki/SandBoxes
• 云风的 Blog: lua 5.2 的 _ENV

没错，Lua 中只存在表（Table）这么唯一一种数据结构，但依旧可以玩出面向对象的概念。

添加成员函数

好吧，如果熟悉 C++ 还是很好理解类似的演化过程的：如果说 struct 里可以添加函数是从 C 过渡到 C++ 的第一认识的话，为 Table 添加函数也可以算是认识 Lua 是如何面向对象的第一步吧。

player = { health = 200 }  --> 一个普通的 player 表，这里看作是一个对象
function takeDamage(self, amount)
  self.health = self.health - amount
end

takeDamage(player, 20)  --> 调用

如何将独立的 takeDamage 塞进 player 中咧？答案是直接定义进去：

player = { health = 200 }
function player.takeDamage(self, amount)
  self.health = self.health - amount
end

player.takeDamage(player, 20)  --> 调用

这样就相当于在 player 表中添加了一个叫做 takeDamage 的字段，和下面的代码是一样的：

player = {
  health = 200,
  takeDamage = function(self, amount)  --> Lua 中的函数是 first-class value
    self.health = self.health - amount
  end
}

player.takeDamage(player, 20)  --> 调用

调用时的 player.takeDamage(player, 20) 稍显不和谐（据说用术语叫做 DRY），于是就要出动「冒号操作符」这个专门为此而生的语法糖了：

player:takeDamage(20)              --> 等同于 player.takeDamage(player, 20)
function player:takeDamage(amount) --> 等同于 function player.takeDamage(self, amount)

从对象到类

类的意义在于提取一类对象的共同点从而实现量产（我瞎扯的 >_<）。同样木有 Class 概念的 Javascript 使用 prototype 实现面向对象，Lua 则通过 Metatable 实现与 prototype 类似的功能。

Player = {}

function Player:create(o)    --> 参数 o 可以暂时不管
  o = o or { health = 200 }  --> Lua 的 or 与一般的 || 不同，如果非 nil 则返回该非 nil 值
  setmetatable(o, self)
  self.__index = self
  return o
end

function Player:takeDamage(amount)
  self.health = self.health - amount
end

playerA = Player:create()  --> 参数 o 为 nil
playerB = Player:create()

playerA:takeDamage(20)
playerB:takeDamage(40)

顾名思义 Metatable 也是一个 Table，可以通过在其中存放一些函数（称作 metamethod）从而修改一些默认的求值行为（如何显示为字符串、如何相加、如何连接、如何进行索引）。Metatable 的 __index 域设置了「如何进行索引」的方法。例如调用 foo.bar 时，如果在 foo 中没有找到名为 bar 的域时，则会调用 Metatable：__index(foo, bar)。于是：

playerA:takeDamage(20)

因为在 playerA 中并不存在 takeDamge 函数，于是求助于 Metatable：

getmetatable(playerA).__index.takeDamage(playerA, 20)

带入 Metatable 后：

Player.__index.takeDamage(playerA, 20)

因为 Player 的 __index 在 create 时被指定为 self，所以最终变为：

Player.takeDamage(playerA, 20)

于是 takeDamage 的 self 得到了正确的对象 playerA。

继承

继承是面向对象的一大特性，明白了如何创建「类」，那么继承也就比较明了了，还记得大明湖畔的参数 o 么？

RMBPlayer = Player:create()
function RMBPlayer:broadcast(message)  --> 为子类添加新的方法
  print(message)
end
function RMBPlayer:takeDamage(amount)  --> 子类重载父类方法
  self.health = self.health - amount / (self.money / 100)
end

vip = RMBPlayer:create { money = 200 } --> 子类添加新成员（单个 Table 作为参数可以省略括号）

vip:takeDamage(20)
vip:broadcast("F*ck")

以上便是 Lua 中实现面向对象的基本方法。

最近不是特别忙，于是就抽空开始继续看 PIL 了。

变量声明与 C 语言的不同

Lua 中有一个常见的用法，不论变量、函数都可以用下面这种方法保存到局部变量中（同时加快访问速度）：

local foo = foo

书里加了个括号来解释这种写法：

The local foo becomes visible only after its declaration.

这一点需要瞎扯的是 C 语言里相应的东西。

int foo = 12;
int bar = 6;

void foobar(void)
{
    int foo = foo;
    int bar[bar];
}

与 Lua 不同，在 C 语言中初始赋值是声明之后的事情。所以这里函数 foobar 中的 foo 会被初始化为自己（而不是全局的 foo，所以值不确定），bar 却被合法地定义为一个含有 6 个元素的数组。

看似多余的限制

另一个有趣的现象是在 4.4 节中说到：

For syntactic reasons, a break or return can appear only as the last statement of a block; in other words, as the last statement in your chunk or just before an end, an else, or an until.

乍一看觉得加上这个限制真是麻烦，但想想这不正是 break/return 的正确用法么？因为其后的语句都永远不会被执行到，所以如果不是在块的最后写 break/return 是毫无意义的（调试除外）。虽然看上去是挺多余的一段话，但也算是说出了事物的本源。

函数的本质

第六章 More About Functions 中说到我们平时在 Lua 中写的函数声明

function foo (x) return 2*x end

其实是一种语法糖，本质上我们可以把它写成如下代码：

foo = function (x) return 2*x end

于是也就可以说

• Lua 中的所有函数都是匿名函数，之前所谓「具名函数」只是保存了某个匿名函数的变量罢了。
• Lua 中的函数声明其实只是一个语句而已。

终于有用的知识

在第 47 页看到了一段令人泪流满面的代码和运行结果：

function derivative (f, delta)
  delta = delta or 1e-4
  return function (x)
           return (f(x + delta) - f(x))/delta
         end
end

c = derivative(math.sin)
print(math.cos(10), c(10))
  --> -0.83907152907645 -0.83904432662041

最初我并不知道 derivative 是什么意思，但看了示例代码和运行结果，顿时恍然大悟：这货不就是导数吗？

高数里的东西竟然真的在现实生活中出现了！顿时觉得世界真美好 =ω=

4chan 上有个家伙发帖说他发明了一种很牛叉的排序算法：睡眠排序（Sleep Sort）：

#!/bin/bash
function f() {
    sleep "$1"
    echo "$1"
}
while [ -n "$1" ]
do
    f "$1" &
    shift
done
wait

主要就是对输入的每一个数都新开一个进程，进程里用这个数进行倒数，倒数到0就输出这个数。于是较小数就先输出、较大数后输出。睡排成功～

当然啦群众的眼睛是雪亮的，纷纷指出这个会存在竞态条件，而且如果的数比较大会很悲催（比如要排的数字里有86400的话，那么至少要等86400秒，也就是一整天 =。=），时间复杂度是 O(最大的那个数)……

在这个欢乐的帖子里还看到了各种其它语言对睡眠排序的实现，包括一个 Lua 的（#165）：

#!/usr/bin/env lua
function sleepsort(arr)
    local res, thread = {}, {}
    local nthreads = #arr

    for i = 1, #arr do
        thread[i] = coroutine.create(function()
            for n=arr[i], 0, -1 do coroutine.yield() end
            nthreads = nthreads - 1
            thread[i] = nil
            res[#res+1] = arr[i]
        end)
    end
    while nthreads > 0 do
        for i = 1, #arr do
            if thread[i] then coroutine.resume(thread[i]) end
        end
    end
    return res
end

math.randomseed(os.time())
local arr = {}
for i = 1,10 do arr[i] = math.random(1,99) end
print(unpack(sleepsort(arr)))

嗯哼～ Lua 的 coroutine 还是很强大滴（<ゝω·）

p.s. 终于还是见识到了最无厘头撞大运的 Bogo 排序算法：

while not inOrder(deck) do
    shuffle(deck);