第5课: 函数基础

函数概述

函数是Lua中的第一类值（first-class values），这意味着函数可以像其他值一样被赋值、传递、返回。理解函数的内部实现和特性对于编写高效、模块化的代码至关重要。

Lua函数的设计哲学：

第一类值：函数是值，可以赋值、传递、返回
词法作用域：函数可以访问定义时的外部变量（闭包）
多返回值：支持返回多个值，简化代码
尾调用优化：支持尾递归优化，避免栈溢出
灵活参数：支持可变参数和默认参数

函数定义与调用

Lua提供了多种定义函数的方式，理解这些方式的区别和适用场景很重要。

基本函数定义

函数定义的多种方式

函数定义方式对比：

function name() end：全局函数定义
local function name() end：局部函数定义（推荐）
local name = function() end：函数表达式赋值

函数调用的深入理解

函数调用的内部机制：

函数调用的执行流程：

创建新的调用栈帧
将参数压入栈中
跳转到函数体执行
执行函数体代码
将返回值压入栈中
销毁调用栈帧
返回到调用点

多返回值

Lua函数可以返回多个值，这是Lua的特色功能之一。理解多返回值的规则和使用场景非常重要。

基本多返回值

多返回值的规则

多返回值的处理规则：

赋值：接收变量多于返回值时，多余的为nil
赋值：接收变量少于返回值时，多余的返回值被忽略
表达式：在表达式中只使用第一个返回值
函数参数：作为参数时，只传递第一个返回值
表构造：在表构造中可以使用所有返回值
return：return语句可以返回多个值

多返回值的实际应用

可变参数

Lua支持可变参数函数，允许函数接受任意数量的参数。理解可变参数的处理方式对于编写灵活的函数很重要。

基本可变参数

可变参数的深入理解

可变参数的处理方式：

表达式...：可变参数表达式，可以传递给其他函数
{...}：将可变参数打包成表
select("#", ...)：获取可变参数的个数
select(n, ...)：获取第n个参数及其后的所有参数

可变参数的实际应用

 maxValue then
            maxValue = v
        end
    end
    return maxValue
end

print(max(1, 5, 3, 9, 2))  -- 9

-- 函数组合
local function compose(f, g)
    return function(...)
        return f(g(...))
    end
end

local function double(x) return x * 2 end
local function addOne(x) return x + 1 end

local doubleThenAddOne = compose(addOne, double)
local addOneThenDouble = compose(double, addOne)

print(doubleThenAddOne(5))  -- 11 (5*2+1)
print(addOneThenDouble(5))  -- 12 ((5+1)*2)

匿名函数

匿名函数是没有名称的函数，通常作为值传递给其他函数或赋值给变量。理解匿名函数的使用场景对于编写函数式风格的代码很重要。

基本匿名函数

匿名函数的实际应用

闭包

闭包是函数式编程的重要概念，指函数可以访问定义时的外部变量。理解闭包的原理和应用对于编写模块化、安全的代码至关重要。

基本闭包

闭包的深入理解

闭包的内部机制：

闭包由两部分组成：

函数代码：函数的可执行代码
环境：函数定义时的外部变量环境

当闭包被创建时，它会捕获定义时的外部变量。即使外部函数已经返回，闭包仍然可以访问这些变量。

闭包的实际应用

局部函数

局部函数的作用域限制在定义的块内，避免污染全局命名空间。理解局部函数的作用域和递归调用很重要。

基本局部函数

局部函数的作用域

局部函数的作用域规则：

作用域：局部函数只在定义的块内可见
递归：局部函数可以递归调用自身
互调：需要前向声明才能互相调用
性能：局部函数访问速度比全局函数快

尾调用优化

尾调用优化是Lua的重要特性，可以避免递归导致的栈溢出。理解尾调用的条件和优化机制对于编写高效的递归函数至关重要。

基本尾调用

尾调用的条件

尾调用的条件：

要成为尾调用，必须满足以下条件：

位置：必须是函数的最后一个动作
形式：必须是函数调用，不能有其他操作
返回：必须直接返回调用结果

尾调用优化会重用当前栈帧，而不是创建新的栈帧。

综合示例

重要提示：

Lua函数是第一类值，可以赋值、传递、返回
函数可以返回多个值，这是Lua的特色功能
闭包可以访问外部函数的局部变量
尾调用优化可以避免栈溢出
优先使用local function定义局部函数
可变参数使用...接收，用select处理
匿名函数常用于回调和高阶函数

练习题：

编写函数计算圆的面积和周长（返回两个值）
实现一个可变参数函数，计算所有参数的平均值
使用闭包实现一个简单的计数器
编写递归函数计算斐波那契数列（使用尾调用优化）
实现一个高阶函数，接受函数和列表，返回新列表
使用闭包实现一个简单的缓存机制
编写函数解析URL，返回协议、域名、路径等
实现一个简单的表达式求值器，支持加减乘除
使用匿名函数实现表的自定义排序
编写函数工厂，创建不同配置的函数

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