翻譯 hillin
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目錄
一 前言
二 基本事實
三 關於表
四 關於字符串
五 削減、重用與回收
六 最后的提示
一般情況下，你不需要知道Lua實現表的細節，就可以使用它。實際上，Lua花了很多功夫來隱藏內部的實現細節。但是，實現細節揭示了表操作的性能開銷情況。因此，要優化使用表的程序（這里特指Lua程序），了解一些表的實現細節是很有好處的。
Lua的表的實現使用了一些很聰明的算法。每個Lua表的內部包含兩個部分：數組部分和哈希部分。數組部分以從1到一個特定的n之間的整數作為鍵來保存元素（我們稍后即將討論這個n是如何計算出來的）。所有其他元素（包括在上述范圍之外的整數鍵）都被存放在哈希部分里。
正如其名，哈希部分使用哈希算法來保存和查找鍵。它使用被稱為開放地址表的實現方式，意思是說所有的元素都保存在哈希數組中。用一個哈希函數來獲取一個鍵對應的索引；如果存在沖突的話（意即，如果兩個鍵產生了同一個哈希值），這些鍵將會被放入一個鏈表，其中每個元素對應一個數組項。當Lua需要向表中添加一個新的鍵，但哈希數組已滿時，Lua將會重新哈希。重新哈希的第一步是決定新的數組部分和哈希部分的大小。因此，Lua遍歷所有的元素，計數並對其進行歸類，然后為數組部分選擇一個大小，這個大小相當於能使數組部分超過一半的空間都被填滿的2的最大的冪；然后為哈希部分選擇一個大小，相當於正好能容納哈希部分所有元素的2的最小的冪。
當Lua創建空表時，兩個部分的大小都是0。因此，沒有為其分配數組。讓我們看一看當執行下面的代碼時會發生什么：
local a = {} for i = 1, 3 do a[i] = true end
這段代碼始於創建一個空表。在循環的第一次迭代中，賦值語句
a[1] = true
觸發了一次重新哈希；Lua將數組部分的大小設為1，哈希部分依然為空；第二次迭代時
a[2] = true
觸發了另一次重新哈希，將數組部分擴大為2.最終，第三次迭代又觸發了一次重新哈希，將數組部分的大小擴大為4。
類似下面的代碼
a = {} a.x = 1; a.y = 2; a.z = 3
做的事情類似，只不過增加的是哈希部分的大小。
對於大的表來說，初期的幾次重新哈希的開銷被分攤到整個表的創建過程中，一個包含三個元素的表需要三次重新哈希，而一個有一百萬個元素的表也只需要二十次。但是當創建幾千個小表的時候，重新哈希帶來的性能影響就會非常顯著。
舊版的Lua在創建空表時會預選分配大小（4，如果我沒有記錯的話），以防止在初始化小表時產生的這些開銷。但是這樣的實現方式會浪費內存。例如，如果你要創建數百萬個點（表現為包含兩個元素的表），每個都使用了兩倍於實際所需的內存，就會付出高昂的代價。這也是為什么Lua不再為新表預分配數組。
如果你使用C編程，可以通過Lua的API函數lua_createtable來避免重新哈希；除lua_State之外，它還接受兩個參數：數組部分的初始大小和哈希部分的初始大小[1]。只要指定適當的值，就可以避免初始化時的重新哈希。需要警惕的是，Lua只會在重新哈希時收縮表的大小，因此如果在初始化時指定了過大的值，Lua可能永遠不會糾正你浪費的內存空間。
當使用Lua編程時，你可能可以使用構造式來避免初始化時的重新哈希。當你寫下
{true, true, true}
時，Lua知道這個表的數組部分將會有三個元素，因此會創建相應大小的數組。類似的，如果你寫下
{x = 1, y = 2, z = 3}
Lua也會為哈希部分創建一個大小為4的數組。例如，執行下面的代碼需要2.0秒：
for i = 1, 1000000 do local a = {} a[1] = 1; a[2] = 2; a[3] = 3 end
如果在創建表時給定正確的大小，執行時間可以縮減到0.7秒：
for i = 1, 1000000 do local a = {true, true, true} a[1] = 1; a[2] = 2; a[3] = 3 end
但是，如果你寫類似於
{[1] = true, [2] = true, [3] = true}
的代碼，Lua還不夠聰明，無法識別表達式（在本例中是數值字面量）指定的數組索引，因此它會為哈希部分創建一個大小為4的數組，浪費內存和CPU時間。
兩個部分的大小只會在Lua重新哈希時重新計算，重新哈希則只會發生在表完全填滿后，Lua需要插入新的元素之時。因此，如果你遍歷一個表並清除其所有項（也就是全部設為nil），表的大小不會縮小。但是此時，如果你需要插入新的元素，表的大小將會被調整。多數情況下這都不會成為問題，但是，不要指望能通過清除表項來回收內存：最好是直接把表自身清除掉。
一個可以強制重新哈希的猥瑣方法是向表中插入足夠多的nil。例如：
a = {} lim = 10000000 for i = 1, lim do a[i] = i end -- 創建一個巨表 print(collectgarbage("count")) --> 196626 for i = 1, lim do a[i] = nil end -- 清除所有元素 print(collectgarbage("count")) --> 196626 for i = lim + 1, 2 * lim do a[i] = nil end -- 創建一堆nil元素 print(collectgarbage("count")) --> 17
除非是在特殊情況下，我不推薦使用這個伎倆：它很慢，並且沒有簡單的方法能知道要插入多少nil才夠。
你可能會好奇Lua為什么不會在清除表項時收縮表。首先是為了避免測試寫入表中的內容。如果在賦值時檢查值是否為nil，將會拖慢所有的賦值操作。第二，也是最重要的，允許在遍歷表時將表項賦值為nil。例如下面的循環：
for k, v in pairs(t) do if some_property(v) then t[k] = nil – 清除元素 end end
如果Lua在每次nil賦值后重新哈希這張表，循環就會被破壞。
如果你想要清除一個表中的所有元素，只需要簡單地遍歷它：
for k in pairs(t) do t[k] = nil end
一個“聰明”的替代解決方案：
while true do local k = next(t) if not k then break end t[k] = nil end
但是，對於大表來說，這個循環將會非常慢。調用函數next時，如果沒有給定前一個鍵，將會返回表的第一個元素（以某種隨機的順序）。在此例中，next將會遍歷這個表，從開始尋找一個非nil元素。由於循環總是將找到的第一個元素置為nil，因此next函數將會花費越來越長的時間來尋找第一個非nil元素。這樣的結果是，這個“聰明”的循環需要20秒來清除一個有100,000個元素的表，而使用pairs實現的循環則只需要0.04秒。