1 遍历结果是随机的
2 为什么会是随机的
- 2.1 简单介绍table
- - 2.1.1 数组部分
  - 2.1.2 散列表部分
- 2.2 获取key在散列表中的位置
- - 2.2.1 首先介绍几个宏
  - 2.2.2 获取key在散列表中的位置
- 2.3 key为字符串,获取key(类型为字符串)在散列表中的位置
- - 2.3.1 TString结构体
  - 2.3.2 TString.hash的赋值
- 2.4 计算G->seed
3 总结

这里不讨论lua中pairs和ipairs的区别。仅仅从lua源码的角度，讨论使用pairs遍历table的时候，遍历结果为什么是随机的。

1 遍历结果是随机的

首先需要弄清楚，这个“遍历结果是随机的”是什么意思？

(1) 假设有 test.lua 文件如下，函数testPairs() 用来遍历输出table s：

function testPairs()s = {a=1,aa=2,b=3,c=4,ab=3,xx=4,ax=5,ay=4,xy=6}for k,v in pairs(s) doprint(k,v)end
endtestPairs()
print('-----------------------------')
testPairs()

代码中执行了两次 testPairs()函数，那么输出结果如何呢：

这不是一模一样吗，哪里随机了？可能是table中元素不够多，再多塞几个元素到table中后，发现结果都是一样的。

(2) 换种方式，更改一下"test.lua"中的代码

function testPairs()s = {a=1,aa=2,b=3,c=4,ab=3,xx=4,ax=5,ay=4,xy=6}for k,v in pairs(s) doprint(k,v)end
endtestPairs()

然后在命令行窗口中前后执行两次” lua test.lua”，结果如下：

这样子做，遍历结果的顺序才是随机的。此处通过表现，先简单下个结论。

使用pairs遍历table时：
如果是同一次lua程序运行期间（同一个global_State下），遍历结果的顺序是不变的（毕竟table中的值都没有变过）；
否则，顺序是随机的。

2 为什么会是随机的

2.1 简单介绍table

本文仅涉及到table中的遍历，只讨论table中元素的存储方式，所以不赘述table的相关操作（插入，删除节点等操作）。

除了源码，本文还参考了codedump的《lua设计与实现》（版本5.1.4）

table的定义如下：

与遍历相关的字段为：

可以知道table是由数组和散列表两个部分组成的。

2.1.1 数组部分

这部分比较简单，只需知道对于array[i]，key = i + 1, value = array[i]。
所以，key-value中的value存储位置为：
(1) 数组中，当(key为正整数 && 1<= key <= sizearray )
(2) 散列表中，其他值

2.1.2 散列表部分

根据key的类型和值，求得其对应的hash值，然后放到散列表中（当然可能会有冲突，处理冲突的方式可进一步阅读函数 luaH_newkey()）

2.2 获取key在散列表中的位置

那么将一个key-value插入到table的散列表中，其对应的位置是怎么计算的呢（此处不考虑有冲突的情况）。恰好，lua 源码中将该功能提取成一个函数：
Static Node *mainposition(const Table *t, const TValue *key)

2.2.1 首先介绍几个宏

(1) sizenode() 求table的散列表大小

(2) lmod() 取模操作，这里的size其实就是(1)中的sizenode(t)

(3) gnode() 取table散列表中序号为i的元素的地址

(4) hashpow2(t, n) 根据n的值，对其进行lmod操作，返回其在散列表中的位置

好的，这里记住hashpow2(t, n)的功能就可以了。

2.2.2 获取key在散列表中的位置

这里代码不多，直接上代码

根据key的类型，选择不同的计算方式：
简单挑选几个重要类型

(1) LUA_TNUMINT 整型

可以知道，针对整型，其实就是对其值求lmod操作。这说明如果key是整数，其在散列表中的位置是不会变的（在前后两次调用lua程序中，table的大小是不变的，array和node的大小也不会变）。

(2)LUA_TNUMFLT 浮点型

这里不展开l_hashfloat() 操作，只需知道，它是用来计算float的hash值即可

通过hashmod(t, n)可以知道，当key是浮点数的时候，其在散列表中的位置是不会变的。

(3) LUA_TSHRSTR 短字符串

这里不展开tsvalue(key)，只需知道，它是用来将key从TValue类型转换为TString类型（并不是普通的强制转换，和TValue、GCUion结构有关）。

可以知道，针对短字符串，其实是对其hash值(TString.hash)求lmod操作。TString.hash值的获取后面会详细讲。

(4) LUA_TLNGSTR 长字符串

可以知道，针对长字符串，其实是使用函数 luaS_hashlongstr(TSring *)得到的值，并对其值求lmod操作。函数 luaS_hashlongstr()后面会详细讲解。

根据以上四个类型可以知道，在散列表的长度不变(array和node长度不变)的情况下，对于一般类型(整数，浮点数，boolean等)的key, 其在散列表中的位置是不会变的。可以推测，如果在test.lua中，这样设置table: t = {1,2,3, [100]=100, [200]=200},则其遍历顺序肯定是固定的，不是随机的了。

所以这里面需要进一步探讨的就是短字符串和长字符串了。

2.3 key为字符串,获取key(类型为字符串)在散列表中的位置

2.3.1 TString结构体

先上TString结构，长、短字符串使用的都是这个结构体

只需要注意字段TString.hash，其值在求字符串在散列表中的位置时，起了至关重要的作用。

2.3.2 TString.hash的赋值

首先介绍一下函数luaS_hash()，用来求一个字符串对应的hash值（这里暂时把函数luaS_hash(str, l, seed)的返回值叫做"字符串str的hash值"）

其中str指向的是字符串，l是字符串的长度，seed是一个种子值。
通过函数luaS_hash()可知，只要种子不变，那么字符串对应的hash值当然也是不变的。

在new TString的时候，Tstring.hash值是在createstrobj()函数中进行赋值的，其值为h。

现在，需要找找是哪里调用了 createstrobj()，且参数h是多少？

(1) 新建字符串TString

(2) 短字符串
internshrstr()函数较长，这里折叠一部分无关代码。

（lua源码中经常喜欢用小写字母的l，和数字1有点像，这里替换成size，表示字符串的长度）

可以知道，对于短字符串来说，TString.hash = luaS_hash(str, size, g->seed)，其hash值和(str, size, G->seed)有关

(3) 长字符串

可以知道，对于长字符串来说，初始的TString.hash = G->seed
现在我们回到2.2.2中求长字符串在散列表中的位置：

在函数createstrobj中可以知道，长字符串字段TString.extra的初始值为0，那么第一次求其散列表位置需要重新更新其TString.hash值，为：

luaS_hash(str, size, ts.hash)

而长字符串的hash字段的初始值也是G->seed。

与此可以知道，不管是长字符串还是短字符串，在求其在散列表中的位置时，都是使用luaS_hash(str, size, G->seed)的值进行lmod操作后求得。

那么在两次启动lua程序过程中，字符串是没有变化的（也就是str, size都是不变的），要想遍历结果的顺序是随机的（对应散列表的位置是随机的），那么只能是说G->seed是随机的了。结果是这样子吗？

2.4 计算G->seed

直接上代码
G->seed是在函数lua_newstate()中赋值的

(1) 四个addbuff()
makeseed()函数中连用了四个addbuff，其实就是将四个变量依次copy到char buff [4*sizeof(size_t)]中。

(2) Luai_makeseed()
这个比较简单，其实就是调用C库中的time()函数，执行time(NULL)得到的是当前的时间（unix时间戳，单位为秒），
这个值在每次启动lua程序的时候，是不同的。

(3) luaS_hash(buff, p, h)
这个函数上面提到过。这里把当前Unix时间戳当做是seed，把buf字符串传入，得到一个hash值。这个值就赋给当前G->seed

所以撇开buff[]字符串的值的随机性不讲，光是unix时间戳作为h传入luaS_hash(buff, p, h)中，就知道，G->seed的值是随机的。

这样，再回到2.3.2 中计算字符串的TSTring.hash值（luaS_hash(str, size, G->seed)）。

由此可以得出，先后两次执行lua程序，G->seed是随机的，那么TString.hash当然也是随机的，也就导致TString作为key时插入Table中，其对应的散列表的位置，也是随机的。

3 总结

其实篇幅这么大，主要是回顾一下table相关的东西，解释了前后两次执行lua程序，使用pairs遍历相同的table时，为什么遍历结果的顺序是随机的。

原因: 一言以蔽之，global_state.seed是一个和时间戳相关的随机值，这个值会影响字符串的TString.hash字段，当TString*作为key插入table中时，这个字段会影响其在散列表中的位置。

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