lua基础知识学习五，协同程序，Lua 错误处理，Lua 调试(Debug)

1.协同程序

Lua 协同程序(coroutine)与线程比较类似：拥有独立的堆栈，独立的局部变量，独立的指令指针，同时又与其它协同程序共享全局变量和其它大部分东西。

1.1 线程和协同程序区别

线程与协同程序的主要区别在于，一个具有多个线程的程序可以同时运行几个线程，而协同程序却需要彼此协作的运行。

在任一指定时刻只有一个协同程序在运行，并且这个正在运行的协同程序只有在明确的被要求挂起的时候才会被挂起。

协同程序有点类似同步的多线程，在等待同一个线程锁的几个线程有点类似协同。

1.2基本语法 

方法	描述
coroutine.create()	创建 coroutine，返回 coroutine， 参数是一个函数，当和 resume 配合使用的时候就唤醒函数调用
coroutine.resume()	重启 coroutine，和 create 配合使用
coroutine.yield()	挂起 coroutine，将 coroutine 设置为挂起状态，这个和 resume 配合使用能有很多有用的效果
coroutine.status()	查看 coroutine 的状态 注：coroutine 的状态有三种：dead，suspended，running，具体什么时候有这样的状态请参考下面的程序
coroutine.wrap（）	创建 coroutine，返回一个函数，一旦你调用这个函数，就进入 coroutine，和 create 功能重复
coroutine.running()	返回正在跑的 coroutine，一个 coroutine 就是一个线程，当使用running的时候，就是返回一个 corouting 的线程号

-- coroutine_test.lua 文件
co = coroutine.create(
    function(i)
        print(i);
    end
)
 
coroutine.resume(co, 1)   -- 1
print(coroutine.status(co))  -- dead
 
print("----------")
 
co = coroutine.wrap(
    function(i)
        print(i);
    end
)
 
co(1)
 
print("----------")
 
co2 = coroutine.create(
    function()
        for i=1,10 do
            print(i)
            if i == 3 then
                print(coroutine.status(co2))  --running
                print(coroutine.running()) --thread:XXXXXX
            end
            coroutine.yield()
        end
    end
)
 
coroutine.resume(co2) --1
coroutine.resume(co2) --2
coroutine.resume(co2) --3
 
print(coroutine.status(co2))   -- suspended
print(coroutine.running())
 
print("----------")

1
dead
----------
1
----------
1
2
3
running
thread: 0x7fb801c05868    false
suspended
thread: 0x7fb801c04c88    true
----------

coroutine.running就可以看出来,coroutine在底层实现就是一个线程。

当create一个coroutine的时候就是在新线程中注册了一个事件。

当使用resume触发事件的时候，create的coroutine函数就被执行了，当遇到yield的时候就代表挂起当前线程，等候再次resume触发事件。

1.3 详细的实例：

function foo (a)
    print("foo 函数输出", a)
    return coroutine.yield(2 * a) -- 返回  2*a 的值
end
 
co = coroutine.create(function (a , b)
    print("第一次协同程序执行输出", a, b) -- co-body 1 10
    local r = foo(a + 1)
     
    print("第二次协同程序执行输出", r)
    local r, s = coroutine.yield(a + b, a - b)  -- a，b的值为第一次调用协同程序时传入
     
    print("第三次协同程序执行输出", r, s)
    return b, "结束协同程序"                   -- b的值为第二次调用协同程序时传入
end)
       
print("main", coroutine.resume(co, 1, 10)) -- true, 4
print("--分割线----")
print("main", coroutine.resume(co, "r")) -- true 11 -9
print("---分割线---")
print("main", coroutine.resume(co, "x", "y")) -- true 10 end
print("---分割线---")
print("main", coroutine.resume(co, "x", "y")) -- cannot resume dead coroutine
print("---分割线---")

第一次协同程序执行输出    1    10
foo 函数输出    2
main    true    4
--分割线----
第二次协同程序执行输出    r
main    true    11    -9
---分割线---
第三次协同程序执行输出    x    y
main    true    10    结束协同程序
---分割线---
main    false    cannot resume dead coroutine
---分割线---

以上实例接下如下：

• 调用resume，将协同程序唤醒,resume操作成功返回true，否则返回false；
• 协同程序运行；
• 运行到yield语句；
• yield挂起协同程序，第一次resume返回；（注意：此处yield返回，参数是resume的参数）
• 第二次resume，再次唤醒协同程序；（注意：此处resume的参数中，除了第一个参数，剩下的参数将作为yield的参数）
• yield返回；
• 协同程序继续运行；
• 如果使用的协同程序继续运行完成后继续调用 resume方法则输出：cannot resume dead coroutine

1.4 生产者-消费者问题

local newProductor

function productor()
     local i = 0
     while true do
          i = i + 1
          send(i)     -- 将生产的物品发送给消费者
     end
end

function consumer()
     while true do
          local i = receive()     -- 从生产者那里得到物品
          print(i)
     end
end

function receive()
     local status, value = coroutine.resume(newProductor)
     return value
end

function send(x)
     coroutine.yield(x)     -- x表示需要发送的值，值返回以后，就挂起该协同程序
end

-- 启动程序
newProductor = coroutine.create(productor)
consumer()

以上实例执行输出结果为：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
……

2.Lua 错误处理

我们可以使用两个函数：assert 和 error 来处理错误。实例如下：

local function add(a,b)
   assert(type(a) == "number", "a 不是一个数字")
   assert(type(b) == "number", "b 不是一个数字")
   return a+b
end
add(10)

lua: test.lua:3: b 不是一个数字
stack traceback:
    [C]: in function 'assert'
    test.lua:3: in local 'add'
    test.lua:6: in main chunk
    [C]: in ?

实例中assert首先检查第一个参数，若没问题，assert不做任何事情；否则，assert以第二个参数作为错误信息抛出。

2.1 error函数

error (message [, level])

功能：终止正在执行的函数，并返回message的内容作为错误信息(error函数永远都不会返回)

通常情况下，error会附加一些错误位置的信息到message头部。

Level参数指示获得错误的位置:

• Level=1[默认]：为调用error位置(文件+行号)
• Level=2：指出哪个调用error的函数的函数
• Level=0:不添加错误位置信息

2.2 pcall 和 xpcall、debug

Lua中处理错误，可以使用函数pcall（protected call）来包装需要执行的代码。

pcall接收一个函数和要传递给后者的参数，并执行，执行结果：有错误、无错误；返回值true或者或false, errorinfo。

语法格式如下

if pcall(function_name, ….) then
-- 没有错误
else
-- 一些错误
end

--第一个参数是一个函数，第二个参数表示传递给函数的参
> =pcall(function(i) print(i) end, 33)
33
true
   
> =pcall(function(i) print(i) error('error..') end, 33)
33
false        stdin:1: error..

> function f() return false,2 end
> if f() then print '1' else print '0' end
0

pcall以一种"保护模式"来调用第一个参数，因此pcall可以捕获函数执行中的任何错误。

通常在错误发生时，希望落得更多的调试信息，而不只是发生错误的位置。但pcall返回时，它已经销毁了调用桟的部分内容。

Lua提供了xpcall函数，xpcall接收第二个参数——一个错误处理函数，当错误发生时，Lua会在调用桟展开（unwind）前调用错误处理函数，于是就可以在这个函数中使用debug库来获取关于错误的额外信息了。

debug库提供了两个通用的错误处理函数:

• debug.debug：提供一个Lua提示符，让用户来检查错误的原因
• debug.traceback：根据调用桟来构建一个扩展的错误消息

-- 根据第三个参数，作为入参，去跑第一个函数，如果出错，就跑第二个函数
>=xpcall(function(i) print(i) error('error..') end, function() print(debug.traceback()) end, 33)
33
stack traceback:
stdin:1: in function 
[C]: in function 'error'
stdin:1: in function 
[C]: in function 'xpcall'
stdin:1: in main chunk
[C]: in ?
false        nil

实例2：

function myfunction ()
   n = n/nil
end

function myerrorhandler( err )
   print( "ERROR:", err )
end

status = xpcall( myfunction, myerrorhandler )
print( status)

ERROR:    test2.lua:2: attempt to perform arithmetic on global 'n' (a nil value)
false

3 Lua 调试(Debug)

Lua 提供了 debug 库用于提供创建我们自定义调试器的功能。Lua 本身并未有内置的调试器，但很多开发者共享了他们的 Lua 调试器代码。

Lua 中 debug 库包含以下函数：

序号	方法 & 用途
1.	debug(): 进入一个用户交互模式，运行用户输入的每个字符串。 使用简单的命令以及其它调试设置，用户可以检阅全局变量和局部变量， 改变变量的值，计算一些表达式，等等。 输入一行仅包含 cont 的字符串将结束这个函数， 这样调用者就可以继续向下运行。
2.	getfenv(object): 返回对象的环境变量。
3.	gethook(optional thread): 返回三个表示线程钩子设置的值： 当前钩子函数，当前钩子掩码，当前钩子计数
4.	getinfo ([thread,] f [, what]): 返回关于一个函数信息的表。 你可以直接提供该函数， 也可以用一个数字 f 表示该函数。 数字 f 表示运行在指定线程的调用栈对应层次上的函数： 0 层表示当前函数（getinfo 自身）； 1 层表示调用 getinfo 的函数 （除非是尾调用，这种情况不计入栈）；等等。 如果 f 是一个比活动函数数量还大的数字， getinfo 返回 nil。
5.	debug.getlocal ([thread,] f, local): 此函数返回在栈的 f 层处函数的索引为 local 的局部变量 的名字和值。 这个函数不仅用于访问显式定义的局部变量，也包括形参、临时变量等。
6.	getmetatable(value): 把给定索引指向的值的元表压入堆栈。如果索引无效，或是这个值没有元表，函数将返回 0 并且不会向栈上压任何东西。
7.	getregistry(): 返回注册表表，这是一个预定义出来的表， 可以用来保存任何 C 代码想保存的 Lua 值。
8.	getupvalue (f, up) 此函数返回函数 f 的第 up 个上值的名字和值。 如果该函数没有那个上值，返回 nil 。 以 '(' （开括号）打头的变量名表示没有名字的变量 （去除了调试信息的代码块）。
10.	sethook ([thread,] hook, mask [, count]): 将一个函数作为钩子函数设入。 字符串 mask 以及数字 count 决定了钩子将在何时调用。 掩码是由下列字符组合成的字符串，每个字符有其含义： 'c': 每当 Lua 调用一个函数时，调用钩子； 'r': 每当 Lua 从一个函数内返回时，调用钩子； 'l': 每当 Lua 进入新的一行时，调用钩子。
11.	setlocal ([thread,] level, local, value): 这个函数将 value 赋给 栈上第 level 层函数的第 local 个局部变量。 如果没有那个变量，函数返回 nil 。 如果 level 越界，抛出一个错误。
12.	setmetatable (value, table): 将 value 的元表设为 table （可以是 nil）。 返回 value。
13.	setupvalue (f, up, value): 这个函数将 value 设为函数 f 的第 up 个上值。 如果函数没有那个上值，返回 nil 否则，返回该上值的名字。
14.	traceback ([thread,] [message [, level]]): 如果 message 有，且不是字符串或 nil， 函数不做任何处理直接返回 message。 否则，它返回调用栈的栈回溯信息。 字符串可选项 message 被添加在栈回溯信息的开头。 数字可选项 level 指明从栈的哪一层开始回溯 （默认为 1 ，即调用 traceback 的那里）。

上表列出了我们常用的调试函数，接下来我们可以看些简单的例子： 

--定义一个函数
function myfunction ()
print(debug.traceback("Stack trace"))
print(debug.getinfo(1))
print("Stack trace end")
        return 10
end

--开始
myfunction ()
print(debug.getinfo(1))

 执行以上代码输出结果为：

Stack trace
stack traceback:
    test2.lua:2: in function 'myfunction'
    test2.lua:8: in main chunk
    [C]: ?
table: 0054C6C8
Stack trace end

在以实例中，我们使用到了 debug 库的 traceback 和 getinfo 函数， getinfo 函数用于返回函数信息的表。

3.1 另一个实例

我们经常需要调试函数的内的局部变量。我们可以使用 setupvalue 函数来设置这些局部变量。实例如下：

function newCounter ()
  local n = 0
  local k = 0
  return function ()
    k = n
    n = n + 1
    return n
    end
end

counter = newCounter ()
print(counter())
print(counter())

local i = 1

repeat
  -- 打印第i个内部变量,名称和值
  name, val = debug.getupvalue(counter, i)
  if name then
    -- 打印第index个内部变量
    print ("index", i, name, "=", val)
        if(name == "n") then
                debug.setupvalue (counter,2,10)
        end
    i = i + 1
  end -- if
until not name

print(counter())

1
2
index    1    k    =    1
index    2    n    =    2
11

在以上实例中，计数器在每次调用时都会自增1。实例中我们使用了 getupvalue 函数查看局部变量的当前状态。我们可以设置局部变量为新值。实例中，在设置前 n 的值为 2,使用 setupvalue 函数将其设置为 10。现在我们调用函数，执行后输出为 11 而不是 3。

3.2 调试类型

• 命令行调试
• 图形界面调试

命令行调试器有：RemDebug、clidebugger、ctrace、xdbLua、LuaInterface - Debugger、Rldb、ModDebug。

图形界调试器有：SciTE、Decoda、ZeroBrane Studio、akdebugger、luaedit。