Lua中的closure（闭合函数）

词法域：若将一个函数写在另一个函数之内，那么这个位于内部的函数便可以访问外部函数中的局部变量，这项特征称之为“词法域”。

例：假设有一个学生姓名的列表和一个对应于没个姓名的年级列表，需要根据每个学生的年级来对他们的姓名进行排序（由高到低）。可以这么做：

names = {"Peter", "Paul", "Mary"}
grades = {Mary = 10, Paul = 7, Peter = 8}
table.sort(names, function (n1, n2)
        return grades[n1] > grades[n2]      -- 比较年级
    end)

现在假设单独创建一个函数来做这项工作：

function sortbygrade (names, grades)
    table.sort(names, function (n1, n2)
        return grades[n1] > grades[n2]        -- 比较年级
     end)
end

上例中有一点很有趣，传递给sort的匿名函数可以访问参数grades，而grades是外部函数sortbygrade的局部变量。在这个匿名函数内部，grades既不是全局变量也不是局部变量，将其称为一个“非局部的变量（non-local variable）”。

为什么在Lua中允许这种访问呢？运因在与函数是“第一类值”。考虑一下代码：

function newCounter()
    local i = 0
    return function ()      -- 匿名函数
        i = i + 1
        return i
    end
end

c1 = newCounter()
print(c1())     --> 1
print(c1())     --> 2

在这段代码中，匿名函数访问了一个“非局部的变量”i，改变两用于保持一个计数器。出刊上去，由于创建变量i的函数（newCounter）已经返回，所以之后每次调用匿名函数时，i都应该是已超出作用范围的。但其实不然，Lua会以closure的概念来正确地处理这种情况。简单地说，一个closure就是一个函数加上该函数所需访问的所有“非局部的变量”。如果再次调用newCounter，那么它会创建一个新的局部变量i，从而也将得到一个新的closure：

c2 = newCOunter()
print(c2())    --> 1
print(c1())    --> 3
print(c2())    --> 2

因此c1和c2是同一个函数所创建的两个不同的closure，它们各自拥有局部变量i的独立实例。

从技术上讲，Lua中只有closure，而不存在“函数”。因为，函数本身就是一种特殊的closure。不过只要不会引起混淆，仍将采用属于“函数”来指代closure。

在很多场合中closure都是一种很有价值的工具。就像只前所看到的，它们可作为sort这类高阶函数的参数。closure对于那些创建其他函数的函数也很有价值，例如前例中的newCounter。这种机制使Lua程序可以混合那些在函数式百年成世界中久经考验的编程技术。另外，closure对于回调函数也很有用。这里有一个典型的例子，假设有一个传统的GUI工具包可以创建按钮，每个按钮都有一个回调函数，每当用户按下按钮时GUI工具包都会调用这些回调函数。再假设，基于此要做一个十进制计算器，其中需要10个数字按钮。会发现这些按钮之间的区别其实并不大，仅需在按下不同按钮时做一些稍微不同的操作就可以了。那么可以使用以下函数来创建这些按钮：

function digitButton (digit)
    return Button{ label = tostring(digit),
                   action = function ()
                                add_to_display(digit)
                            end
                    }
end

closure在另一种情况中也非常有用。例如在Lua中函数是存储在普通变量中的，因此可以轻易地重新定义某些函数，甚至是重新定义那些预定以的函数。这正是Lua相当灵活的原因之一。通常当重新定义一个函数的时候，需要在新的视线中调用原来的那个函数。举例来说，假设要重新定义函数sin，使其参数能使用角度来替换原先的弧度。那么这个心寒数就必须得转换他的实参，并调用原来的sin函数完成真正的计算。这段代码可能是这样的：

oldSin = math.sin
math.sin = function (x)
    return oldSin(x*math.pi/180)
end

还有一种更彻底的做法是这样的：

do
    local oldSin = math.sin
    local k = math.pi/180
    math.sin = function (x)
        return oldSin(x*k)
    end
end

将老版本的sin保存到了一个私有变量中，现在只有通过新版本的sin才能访问它了。
可以使用同样的技术来创建一个安全地运行环境，即所谓的“沙盒（sandbox）”。当执行一些未受信任的代码时就需要一个安全地运行环境，例如在服务器中执行那些从Internet上接收到的代码。举例来说，如果要限制一个程序访问文件的话，只需使用closure来重定义函数io.open就可以了。

do
    local oldOpen = io.open
    local access_OK = function (filename, mode)
        <检查访问权限>
    end
    io.open = function (filename, mode)
        if access_OK(filename, mode) then
            return oldOpen(filename, mode)
        else
            return nil, "access denied"
        end
    end
end

这个示例的精彩之处在于，经过重新定义后，一个程序就只能呢该通过新的受限版本来调用原来哪个未受限的open函数了。示例将原来不安全的版本保存到closure的一个私有变量中，从而使得外部再也无法直接访问到原来的版本了。通过这种技术，可以在Lua的语言层面上就构建除一个安全地运行环境，且不是简易性了灵活性。相对于提供一套大而全的解决方案，Lua提供的则是一套“元机制（meta-mechanism）”，因此可以根据特定的安全需要来创建一个安全的运行环境。