Lua中的函數(shù)是一階類型值(first-class value)，定義函數(shù)就象創(chuàng)建普通類型值一樣(只不過函數(shù)類型 值的數(shù)據(jù)主要是一條條指令而已)，所以在函數(shù)體中仍然可以定義函數(shù)。假設(shè)函數(shù)f2定義在函數(shù)f1中，那么就稱 f2為f1的內(nèi)嵌(inner)函數(shù)，f1為f2的外包(enclosing)函數(shù)，外包和內(nèi)嵌都具有傳遞性，即f2的內(nèi)嵌必然是 f1的內(nèi)嵌，而f1的外包也一定是f2的外包。內(nèi)嵌函數(shù)可以訪問外包函數(shù)已經(jīng)創(chuàng)建的所有局部變量，這種特性便是 所謂的詞法定界(lexical scoping)，而這些局部變量則稱為該內(nèi)嵌函數(shù)的外部局部變量(external local variable)或者upvalue(這個詞多少會讓人產(chǎn)生誤解，因為upvalue實際指的是變量而不是值)。試看如下代 碼：

function f1(n)
?? -- 函數(shù)參數(shù)也是局部變量

?? local function f2()
????? print(n) -- 引用外包函數(shù)的局部變量
?? end
?? return f2
end

g1 = f1(1979)
g1() -- 打印出1979
g2 = f1(500)
g2() -- 打印出500

當執(zhí)行完g1 = f1(1979)后，局部變量n的生命本該結(jié)束，但因為它已經(jīng)成了內(nèi)嵌函數(shù)f2(它又被賦給了變量 g1)的upvalue，所以它仍然能以某種形式繼續(xù)“存活”下來，從而令g1()打印出正確的值。

??? 可為什么g2與g1的函數(shù)體一樣(都是f1的內(nèi)嵌函數(shù)f2的函數(shù)體)，但打印值不同？這就涉及到一個相當重要 的概念——閉包(closure)。事實上，Lua編譯一個函數(shù)時，會為它生成一個原型(prototype)，其中包含了 函數(shù)體對應(yīng)的虛擬機指令、函數(shù)用到的常量值(數(shù)，文本字符串等等)和一些調(diào)試信息。在運行時，每當Lua執(zhí)行 一個形如function...end 這樣的表達式時，它就會創(chuàng)建一個新的數(shù)據(jù)對象，其中包含了相應(yīng)函數(shù)原型的引用 、環(huán)境(environment，用來查找全局變量的表)的引用以及一個由所有upvalue引用組成的數(shù)組，而這個數(shù)據(jù) 對象就稱為閉包。由此可見，函數(shù)是編譯期概念，是靜態(tài)的，而閉包是運行期概念，是動態(tài)的。g1和g2的值嚴格 來說不是函數(shù)而是閉包，并且是兩個不相同的閉包，而每個閉包可以保有自己的upvalue值，所以g1和g2打印出 的結(jié)果當然就不一樣了。雖然閉包和函數(shù)是本質(zhì)不同的概念，但為了方便，且在不引起混淆的情況下，我們對它 們不做區(qū)分。

??? 使用upvalue很方便，但它們的語義也很微妙，需要引起注意。比如將f1函數(shù)改成：

function f1(n)
?? local function f2()
????? print(n)
?? end
?? n = n + 10
?? return f2
end

g1 = f1(1979)
g1() -- 打印出1989

內(nèi)嵌函數(shù)定義在n = n + 10這條語句之前，可為什么g1()打印出的卻是1989？upvalue實際是局部變量，而 局部變量是保存在函數(shù)堆?？蚣苌?stack frame)的，所以只要upvalue還沒有離開自己的作用域，它就一直 生存在函數(shù)堆棧上。這種情況下，閉包將通過指向堆棧上的upvalue的引用來訪問它們，一旦upvalue即將離開 自己的作用域(這也意味著它馬上要從堆棧中消失)，閉包就會為它分配空間并保存當前的值，以后便可通過指向 新分配空間的引用來訪問該upvalue。當執(zhí)行到f1(1979)的n = n + 10時，閉包已經(jīng)創(chuàng)建了，但是n并沒有離 開作用域，所以閉包仍然引用堆棧上的n，當return f2完成時，n即將結(jié)束生命，此時閉包便將n(已經(jīng)是1989 了)復(fù)制到自己管理的空間中以便將來訪問。弄清楚了內(nèi)部的秘密后，運行結(jié)果就不難解釋了。

??? upvalue還可以為閉包之間提供一種數(shù)據(jù)共享的機制。試看下例：

function Create(n)
?? local function foo1()
????? print(n)
?? end

?? local function foo2()
????? n = n + 10
?? end

?? return foo1,foo2
end

f1,f2 = Create(1979)
f1() -- 打印1979
f2()
f1() -- 打印1989
f2()
f1() -- 打印1999

f1,f2這兩個閉包的原型分別是Create中的內(nèi)嵌函數(shù)foo1和foo2，而foo1和foo2引用的upvalue是同一個， 即Create的局部變量n。前面已說過，執(zhí)行完Create調(diào)用后，閉包會把堆棧上n的值復(fù)制出來，那么是否f1和f2 就分別擁有一個n的拷貝呢？其實不然，當Lua發(fā)現(xiàn)兩個閉包的upvalue指向的是當前堆棧上的相同變量時，會聰 明地只生成一個拷貝，然后讓這兩個閉包共享該拷貝，這樣任一個閉包對該upvalue進行修改都會被另一個探知 。上述例子很清楚地說明了這點：每次調(diào)用f2都將upvalue的值增加了10，隨后f1將更新后的值打印出來。 upvalue的這種語義很有價值，它使得閉包之間可以不依賴全局變量進行通訊，從而使代碼的可靠性大大提高。

??? 閉包在創(chuàng)建之時其upvalue就已經(jīng)不在堆棧上的情況也有可能發(fā)生，這是因為內(nèi)嵌函數(shù)可以引用更外層外包函數(shù) 的局部變量：

function Test(n)
?? local function foo()
????? local function inner1()
???????? print(n)
????? end
????? local function inner2()
???????? n = n + 10
????? end
????? return inner1,inner2
?? end
?? return foo
end

t = Test(1979)
f1,f2 = t()
f1()??????? -- 打印1979
f2()
f1()??????? -- 打印1989
g1,g2 = t()
g1()??????? -- 打印1989
g2()
g1()??????? -- 打印1999
f1()??????? -- 打印1999

執(zhí)行完t = Test(1979)后，Test的局部變量n就“死”了，所以當f1,f2這兩個閉包被創(chuàng)建時堆棧上根本找不到 n的蹤影，這叫它們?nèi)绾稳〉胣的值呢？呵呵，不要忘了Test函數(shù)的n不僅僅是inner1和inner2的upvalue，同 時它也是foo的upvalue。t = Test(1979)之后，t這個閉包一定已經(jīng)把n妥善保存好了，之后f1、f2如果在 當前堆棧上找不到n就會自動到它們的外包閉包(姑且這么叫)的upvalue引用數(shù)組中去找，并把找到的引用值拷 貝到自己的upvalue引用數(shù)組中。仔細觀察上述代碼，可以判定g1和g2與f1和f2共享同一個upvalue。這是為 什么呢？其實，g1和g2與f1和f2都是同一個閉包(t)創(chuàng)建的，所以它們引用的upvalue(n)實際也是同一個變量 ，而剛才描述的搜索機制則保證了最后它們的upvalue引用都會指向同一個地方。

??? Lua將函數(shù)做為基本類型值并支持詞法定界的特性使得語言具有強大的抽象能力。而透徹認識函數(shù)、閉包和 upvalue將幫助程序員善用這種能力。