Lua的table(表)

Lua表的基本概念

Lua中的表（table）是一种多功能数据结构，可以用作数组、字典、集合等。表是Lua中唯一的数据结构机制，其他数据结构如数组、列表、队列等都可以通过表来实现。

表的实现

Lua的表由两部分组成：

1. 数组部分：用于存储整数键值对，类似于数组。

2. 哈希部分：用于存储非整数键值对，类似于字典。

内存分配

Lua表的内存分配是动态的，随着元素的增加或减少，表的大小会自动调整。以下是内存分配的关键点：

1. 初始大小：

   • 新创建的表初始时数组部分和哈希部分都为空。

   • 当插入第一个元素时，Lua会根据元素类型决定将其放入数组部分还是哈希部分。

2. 动态调整：

   • 数组部分：当数组部分元素数量超过当前容量时，Lua会重新分配更大的数组，通常容量会翻倍。

   • 哈希部分：当哈希部分的负载因子（元素数量与桶数量的比值）超过某个阈值时，Lua会重新分配更大的哈希表，通常容量也会翻倍。

3. 重新哈希：

   • 当表的大小发生变化时，Lua会进行重新哈希操作，将元素重新分配到新的数组或哈希部分。

内存管理

Lua使用垃圾回收机制来管理内存，表不再被引用时会被自动回收。你可以通过collectgarbage函数手动触发垃圾回收。

-- 手动触发垃圾回收
collectgarbage("collect")

表的构造

表示引用类型,当定义了table a,table b,在内存中就是a和b都指向同一个表,那么当b修改了表中的数据之后a表的值也会修改,当a和b都指向nil的时候,Lua发现没有指向这个表的变量,那么就会自动回收,下面是实例代码:

local a = { ['s'] = 1, 54, ['k'] = 2 }
local b = a
print(a['s'])
a['s'] = 3
print(b['s'])

table的for循环写法

从table结构体分析table属性

typedef struct Table {
  CommonHeader;
  lu_byte flags;  /* 1<<p means tagmethod(p) is not present */ 
  lu_byte lsizenode;  /* 以2的lsizenode次方作为哈希表长度 */
  struct Table *metatable /* 元表 */;
  TValue *array;  /* 数组 */
  Node *node; /* 哈希表 */
  Node *lastfree;  /* 指向最后一个为闲置的链表空间 */
  GCObject *gclist;
  int sizearray;  /* 数组的大小 */
} Table;

• 作用：这是 Lua 中所有可垃圾回收对象的通用头部。

• 内容：

  • GCObject *next：指向下一个可垃圾回收对象，用于垃圾回收器的链表。

  • lu_byte tt：对象的类型标记（如 LUA_TTABLE 表示表）。

  • lu_byte marked：垃圾回收器的标记位，用于标记对象是否存活。

• 作用：标志位，用于存储表的元方法（metamethod）是否存在。

• 细节：

  • 每个标志位对应一个元方法（如 __index、__newindex 等）。

  • 如果某一位为 1，表示对应的元方法不存在；为 0 则表示存在。

  • 例如，flags & (1 << p) 可以检查第 p 个元方法是否存在。

• 作用：表示哈希表的大小（以 2 的幂次方表示）。

• 细节：

  • 哈希表的实际大小为 2^lsizenode。

  • 例如，lsizenode = 5 表示哈希表有 2^5 = 32 个桶。

  • Lua 使用幂次方大小是为了方便哈希表的扩容和缩容。

• 作用：指向表的元表（metatable）。

• 细节：

  • 元表是 Lua 中实现面向对象编程和操作符重载的核心机制。

  • 如果 metatable 为 NULL，表示表没有元表。

• 作用：指向数组部分的指针。

• 细节：

  • 数组部分用于存储整数键值对（从 1 开始的连续整数键）。

  • 每个元素是一个 TValue 结构，存储值和类型标记。

  • 如果 array 为 NULL，表示数组部分为空。

• 作用：指向哈希表的指针。

• 细节：

  • 哈希表用于存储非整数键值对（如字符串、浮点数等键）。

  • 每个桶是一个 Node 结构，包含键、值和类型标记。

  • 如果 node 为 NULL，表示哈希部分为空。

• 作用：指向哈希表中最后一个空闲的桶。

• 细节：

  • Lua 的哈希表使用开放寻址法（open addressing）解决冲突。

  • lastfree 用于快速找到空闲的桶，避免遍历整个哈希表。

• 作用：用于垃圾回收的链表。

• 细节：

  • Lua 的垃圾回收器使用链表管理所有可回收对象。

  • gclist 指向下一个需要垃圾回收的对象。

• 作用：表示数组部分的大小。

• 细节：

  • 数组部分的大小是动态调整的，随着元素的增加或减少而变化。

  • 例如，sizearray = 4 表示数组部分可以存储 4 个元素（键为 1 到 4）。

下面是table内部的抽象图: