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Lua - 环境与模块

(1) 全局变量与环境

lua 中真正存储全局变量的地方不是在 _G 里面，而是在setfenv（i,table）的table中，所有当前的全局变量都在这里面找，只不过在程序开始时lua会默认先设置一个变量 _G= 这个里面的table而已。所以在新设置环境后，如果还想找到之前的全局变量，通常需要附加上为新的table设置元表{_index=_G}

下面的几个例子：

a=1
print(a)
print(_G.a)
--正常情况，输出1,1

a=1
setfenv(1,{})
print(a)
print(_G.a)
--这时会出错说找不到print，因为当前的全局变量表示空的，啥也找不到的

a=1
setfenv(1,{_G=_G})
_G.print(_G.a)

print(a)
--这时_G.print(_G.a)可以正常吗，因为可以在新的table中找到一个叫_G的表，这个_G有之前的奈尔全局变量，但是下面的print(a)则找不到print，因为当前的table{_G=_G}没有一个叫print的东西

local mt={__index=_G}
local t={}
setmetatable(t,mt)
setfenv(1,t)
print(a)
print(_G.a)
--这是正确输出，因为新的全局表采用之前的表做找不到时的索引，原先的表里面存在print 、_G、 a这些东西

setfenv的第一个参数可以是当前的堆栈层次，如1代表当前代码块，2表调用当前的上一层，也可以是具体的那个函数名，表示在那个函数里。

每个新创建的函数都将继承创建它的那个函数的全局环境。

从 Lua 5.1 开始，Lua 加入了标准的模块管理机制，可以把一些公用的代码放在一个文件里，以 API 接口的形式在其他地方调用，有利于代码的重用和降低代码耦合度。

(3) 创建模块

其实 Lua 的模块是由变量、函数等已知元素组成的 table，因此创建一个模块很简单，就是创建一个 table，然后把需要导出的常量、函数放入其中，最后返回这个 table 就行。格式如下：

-- 定义一个名为 module 的模块
module = {}
 
-- 定义一个常量
module.constant = "this is a constant"
 
-- 定义一个函数
function module.func1()
    io.write("this is a public function!\n")
end
 
local function func2()
    print("this is a private function!")
end
 
function module.func3()
    func2()
end
 
return module

由上可知，模块的结构就是一个 table 的结构，因此可以像操作调用 table 里的元素那样来操作调用模块里的常量或函数。不过上面的 func2 声明为程序块的局部变量，即表示一个私有函数，因此是不能从外部访问模块里的这个私有函数，必须通过模块里的共有函数来调用。

最后，把上面的模块代码保存为跟模块名一样的 lua 文件里（例如上面是 module.lua），那么一个自定义的模块就创建成功。

(4) 加载模块

Lua 提供一个名为 require 的函数来加载模块，使用也很简单，它只有一个参数，这个参数就是要指定加载的模块名，例如：

require("<模块名>")
-- 或者是
-- require "<模块名>"

然后会返回一个由模块常量或函数组成的 table，并且还会定义一个包含该 table 的全局变量。

或者给加载的模块定义一个别名变量，方便调用：

local m = require("module")
 
print(m.constant)
 
m.func3()

require 的意义就是导入一堆可用的名称，这些名称（非local的）都包含在一个table中，这个table再被包含在当前的全局表（“通常的那个_G”）中，这样访问一个模块中的变量就可以使用_G.table.**了，初学者可能会认为模块里的名称在导入后直接就是在 _G 中了。

m=require module

的 m 取决于这个导入的文件的返回值，没有返回值时true，所以在标准的情况下模块的结尾应该 return 这个模块的名字，这样 m 就是这个模块的table了。

(5) 加载机制

对于自定义的模块，模块文件不是放在哪个文件目录都行，函数 require 有它自己的文件路径加载策略，它会尝试从 Lua 文件或 C 程序库中加载模块。

require 用于搜索 Lua 文件的路径是存放在全局变量 package.path 中，当 Lua 启动后，会以环境变量 LUA_PATH 的值来初始这个环境变量。如果没有找到该环境变量，则使用一个编译时定义的默认路径来初始化。

当然，如果没有 LUA_PATH 这个环境变量，也可以自定义设置，在当前用户根目录下打开 .profile 文件（没有则创建，打开 .bashrc 文件也可以），例如把 "~/lua/" 路径加入 LUA_PATH 环境变量里：

#LUA_PATH
export LUA_PATH="~/lua/?.lua;;"

文件路径以 ";" 号分隔，最后的 2 个 ";;" 表示新加的路径后面加上原来的默认路径。

接着，更新环境变量参数，使之立即生效：

source ~/.profile

这时假设 package.path 的值是：

/Users/dengjoe/lua/?.lua;./?.lua;/usr/local/share/lua/5.1/?.lua;/usr/local/share/lua/5.1/?/init.lua;/usr/local/lib/lua/5.1/?.lua;/usr/local/lib/lua/5.1/?/init.lua

那么调用 require("module") 时就会尝试打开以下文件目录去搜索目标

/Users/dengjoe/lua/module.lua;
./module.lua
/usr/local/share/lua/5.1/module.lua
/usr/local/share/lua/5.1/module/init.lua
/usr/local/lib/lua/5.1/module.lua
/usr/local/lib/lua/5.1/module/init.lua

如果找过目标文件，则会调用 package.loadfile 来加载模块。否则，就会去找 C 程序库。搜索的文件路径是从全局变量 package.cpath 获取，而这个变量则是通过环境变量 LUA_CPATH 来初始。搜索的策略跟上面的一样，只不过现在换成搜索的是 so 或 dll 类型的文件。如果找得到，那么 require 就会通过 package.loadlib 来加载它。

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