Lua中的模块以及实现方法

       从使用的角度来看，一个模块就是一个程序库，可以通过Lua自身提供的require来加载。然后便得到一个全局变量，表示一个table。这个table就是像一个名字空间，其内容就是模块导出的所有东西，例如函数和常量。简单的说，Lua中的模块就是一个table，table中可以包括任何东西。本文首先详细介绍模块相关的require函数，包括该函数的执行流程以及查找模块的路径，然后介绍了实现模块的三种方法，并给出相应的优缺点。

 require 函数

     该函数用来加载一个模块，即按指定的路径和传入的参数，查找要加载的模块。函数原型如下：

      require (modname)

      该函数的执行流程如下：

      I、查找表package.loaded，看modname是否已经加载过了。若是，则require函数直接返回package.loaded[modname]，否则继续执行，寻找模块的加载器（loader）。

      II、为了寻找加载器，require使用了数组package.searchers（Lua 5.2引入的,在之前的版本叫做package.loaders，实质两者只是名字不同而已），数组中每个元素是一个函数。

     第一个函数用来是搜索表package.preload，若存在，则返回相应的加载器。

     第二个函数是用来获取Lua模块的加载器，其搜索路径存储在package.path中，它是一个字符串，比如：

/usr/local/share/lua/5.2/?.lua;/usr/local/share/lua/5.2/?/init.lua;/usr/local/lib/lua/5.2/?.lua;/usr/local/lib/lua/5.2/?/init.lua;./?.lua

      package.searchpath (name, path [, sep [, rep]])

参数path是要查找的字符串，用分号隔开；name是要查找的文件；参数sep（默认值是”.”）可用于name中，在查找过程中用rep（默认值是系统目录的分隔符）替换。比如path是

"./?.lua;./?.lc;/usr/local/?/init.lua"

 ./foo/a.lua, ./foo/a.lc, 和/usr/local/foo/a/init.lua

      第三个函数是用来获取C模块的加载器，其搜索路径存储在package.cpath中，它也是一个字符串，比如：

/usr/local/lib/lua/5.2/?.so;/usr/local/lib/lua/5.2/loadall.so;./?.so

     第四个函数是用all-in-one 加载器，使用这个功能，可以使得一个包里面包含多个C子模块。除了第一个外，其他三个除了返回加载器外，还会返回找到的文件名作为额外的值。

      III、找到加载器后，require将用两个参数调用这个加载器，一个是传入的参数modname，另外一个是返回的额外值。如加载器返回一个不是nil的值，则把这个值赋值给package.loaded[modname]。如果加载返回返回一个nil并且加载器执行完后package.loaded[modname]还为空，则把package.loaded[modname]赋值为true。不管那种情况，require都会返回package.loaded[modname]。如果在这个过程有任务错误，require函数就产生一个错误给调用者。

     最后关于require函数，值得注意的几点是：

     I、如果require找到的是一个lua文件，则通过loadfile来加载代码，如果找到的是一个C程序库，就通过loadlib来加载。注意，loadfile和loadlib都实质上加载代码，并没有运行他们。为了运行他们，require会用模块名作为参数来调用这些代码。

     II、若要强制使require对同一库加载两次，可以简单删除package.loaded中的模块条目，即赋值相应的条目为nil。

     III、通过上面的加载过程分析知道，要加载自己的lua文件或C库，可以通过修改package.path或package.cpath的值，把要搜索的路径加载进去。

      IV、也可以定义自己的加载函数（除了已有的loadlib和loadfile等），比如加载ZIP文件，甚至从web上下载一个文件。

编写模块的方法

     方法一：对于Lua5.0和5.1来说，编写模块最简单的方法是使用Lua自身提供的module函数（注意在Lua 5.2中被删除了），比如要编写一个模块foo，模块文件foo_file.lua如下：

module("foo", package.seeall)
function test()
end

则在其他文件要使用这个模块，方式如下：

require(“foo_file.lua”)
foo.test()

并且执行require后，则会把模块foo就是全局环境的一个变量了，在其他地方也可以使用。module函数原型如下：

module (name [, ···])

module在创建模块table之前，会先检查package.loaded是否已包括了这个模块，或者是否已存在与模块同名的变量。如果由此找到了这个table，它就会复用这个table做为模块。也就是说，可以用module来打开一个已创建的模块。

对于module函数来说，有以下问题，比如在模块文件module0_test中有：

module("mymodule", package.seeall)                                                                     
function foo()
    print("Hello World!")
end

在另外一个文件可以这样使用这个模块：

require "module0_test"
mymodule.foo()             --Hello World!
mymodule.print("example")  --example

对于第二个调用不是报错的，并且是非常奇怪的，这时因为module机制是在模块中找不的成员，则去_G全局变量找，实现方式类似如下：

do
	local globaltbl = _G
	local newenv = setmetatable({}, {
		__index = function (t, k)
			local v = t[k]
			if v == nil then return globaltbl[k] end
			return v
		end,
		__newindex = M,
	})
	if setfenv then
		setfenv(1, newenv) -- for 5.1
	else
		_ENV = newenv -- for 5.2
	end
end

在模块找不到的成员，则到_G中去查找，并且这样访问也是非常低效的，因为要通过元表来访问成员。

 方法二：该方法的基本思想是让模块的主程序有一个独占的环境，这样所有函数或变量都共享这个table，并且所有的全局变量都记录在这个table中，当然局部变量是不会的。代码片段如下：

local modename = ...
local M = {}
_G[modename] = M
package.loaded[modname] = M
if setfenv then
	setfenv(1, newenv) -- for 5.1
else
	_ENV = newenv -- for 5.2
end

如果这样实现，在模块访问_G中的变量时，需要加上前缀，比如_G.print。为了解决这个问题，有几种方法，各有优缺点：

 I、设置M的元表，即setmetable(M, {__index = _G})这样做后，访问全局变量，都要通过元表，开销比较大。

 II、设置local _G = _G，这样做后，访问全局变量仍然要加上前缀，但速度更快。

 III、把模块需要的全局变量都设置为局部变量，比如local io = io。这样做会比较繁琐，但是速度最快。

方法三：同样是使用环境的概念。比如模块文件如下：

function foo()                                                                                         
    print("Hello World!")                                                                              
end

为了使用它，方法如下：

local function Import(filename)                                                                        
    f = loadfile(filename)                                                                             
    local M = {}                                                                                       
    setmetatable(M, {__index = _G})                                                                    
    setfenv(f,M)()
    return M
end

local FOO = Import("module2_test.lua")

FOO.foo() --output “Hello World!”

用这种方法，只需调用Import方法，其返回值就是模块，该方法把模块相关访问工作，放在使用的模块的地方了。

参考资料

http://www.lua.org/manual/5.1/manual.htm

http://www.lua.org/manual/5.2/manual.html

《Lua程序设计》（第二版）

原文：http://blog.csdn.net/maximuszhou/article/details/44727783