Мемоизация в Lua

-- Функция высшего порядка для мемоизации
function memoize(f)
    local cache = {} -- Локальный кэш, доступный через замыкание
    return function(arg)
        if cache[arg] == nil then -- Если записи нет,
            cache[arg] = f(arg) -- вычисляем и сохраняем
        end
        return cache[arg]
    end
end

-- Будем считать, что это тяжелая по вычислениям функция 
local function heavy_function(n)
    print("Вычисляю для " .. n) -- Выведется единожды для каждого n
    return n * 2
end

local fast_function = memoize(heavy_function)

print(fast_function(10)) -- Выведет сначала "Вычисляю для 10", с новой строки "20"
print(fast_function(10)) -- Выведет только "20", т.к. данные возьмутся из таблицы

function memoize(f)
    local cache = {}
    return function(a, b)
        local key = a .. '_' .. b
        if cache[key] == nil then
            cache[key] = f(a, b)
        end
        return cache[key]
    end
end

local function heavy_function(m, n)
    return m * n
end

local fast_function = memoize(heavy_function)

print(fast_function(10, 5))  -- 50

function memoize(f)
    local cache = {}
    return function(...)
        local key = table.concat(table.pack(...), ',')
        if cache[key] == nil then
            cache[key] = f(...)
        end
        return cache[key]
    end
end

local function heavy_function(...)
    io.write('Выполняюсь... ')
    local args = table.pack(...)
    local total = 1
    for i = 1, args.n do
        total = total * (args[i] or 1)
    end
    return total
end

local fast_function = memoize(heavy_function)

print(fast_function(10, 5, 3))
print(fast_function(3, 4, 2, 1, 2))
print(fast_function(10, 5, 3))  -- результат будет взят из кэша

Выполняюсь... 150
Выполняюсь... 48
150

local function memoize_safe(f)
    local cache = {}
    -- Делаем ключи таблицы слабыми
    setmetatable(cache, { __mode = "k" }) 
    
    return function(obj)
        if cache[obj] == nil then
            cache[obj] = f(obj)
        end
        return cache[obj]
    end
end

-- Тяжелая функция, принимающая объект-таблицу в качестве аргумента
local function calculate_stats(character)
    print("-> Долгий расчет характеристик для: " .. character.name)
    -- Симулируем какие-то вычисления на основе данных персонажа
    return {
        power = character.level * 15,
        speed = character.level * 5
    }
end

-- Создаем мемоизированную версию функции
local get_stats = memoize_safe(calculate_stats)

-- Создаем двух персонажей
local warrior = { name = "Воин Гром", level = 5 }
local mage = { name = "Маг Антос", level = 3 }

print("--- Вызовы в первый раз ---") -- Вызовет calculate_stats
print("Сила воина: " .. get_stats(warrior).power) 
print("Сила мага: " .. get_stats(mage).power) 

print("\n--- Повторные вызовы (данные берутся мгновенно из кэша)---")
print("Сила воина: " .. get_stats(warrior).power) 
print("Сила мага: " .. get_stats(mage).power) 

print("\n--- СОДЕРЖИМОЕ КЕША ---")
local _, cache_table = debug.getupvalue(get_stats, 1)
for character_obj, result_table in pairs(cache_table) do
    print(character_obj.name, result_table.power, result_table.speed)
end

print("\n--- Удаляем мага из игры ---")
mage = nil -- Стираем единственную сильную ссылку на объект мага.
           -- Теперь объект живет только как слабый ключ внутри кэша.

-- Принудительно запускаем сборщик мусора Lua
collectgarbage("collect") 

print("\n--- СОДЕРЖИМОЕ КЕША ---")
for character_obj, result_table in pairs(cache_table) do
    print(character_obj.name, result_table.power, result_table.speed)
end

--- Вызовы в первый раз ---
-> Долгий расчет характеристик для: Воин Гром
Сила воина: 75
-> Долгий расчет характеристик для: Маг Антос
Сила мага: 45

--- Повторные вызовы (данные берутся мгновенно из кэша)---
Сила воина: 75
Сила мага: 45

--- СОДЕРЖИМОЕ КЕША ---
Воин Гром       75      25
Маг Антос       45      15

--- Удаляем мага из игры ---

--- СОДЕРЖИМОЕ КЕША ---
Воин Гром       75      25

function memoize(f)
    local cache = {}
    return function(url)
        if cache[url] == nil then
            cache[url] = f(url)
        end
        return cache[url]
    end
end

local load_image = memoize(function(path)
    print('Загружаю изображение по адресу '..path)
    return 'img:'..path -- Здесь должна быть тяжелая операция движка
                        -- Например: love.graphics.newImage(path) 
end)

-- Внутри игрового цикла (60 кадров в секунду):
for i = 1, 5 do
    -- Файл прочитается ОДИН раз, в остальные разы вернется ссылка на готовую текстуру в памяти
    local img = load_image('assets/orc.png') 
    print(img, math.random(100), math.random(80))
    -- Вместо print должно быть что-то вроде love.graphics.draw()
end

Загружаю изображение по адресу assets/orc.png
img:assets/orc.png      42      19
img:assets/orc.png      34      2
img:assets/orc.png      35      50
img:assets/orc.png      62      20
img:assets/orc.png      47      7

local function memoize3(f)
    local cache = {}
    
    return function(a, b, c)
        -- Пошагово проверяем и строим ветки дерева кэша
        local res1 = cache[a]
        if not res1 then
            res1 = {}
            cache[a] = res1
        end
        
        local res2 = res1[b]
        if not res2 then
            res2 = {}
            res1[b] = res2
        end
        
        local val = res2[c]
        if val == nil then
            val = f(a, b, c)
            res2[c] = val
        end
        
        return val
    end
end

-- Функция создания цвета (вызовется 1 раз для каждого цвета)
local get_color = memoize3(function(r, g, b)
    print(string.format(">> [Память] Создана таблица для (%d, %d, %d)", r, g, b))
    return {r = r, g = g, b = b}
end)

-- Функция рендера
local function set_color(color_table)
    -- Имитация работы движка: передаем координаты цвета в API рендера
    -- (Здесь просто выводим адрес таблицы в памяти, чтобы убедиться, что он не меняется)
    print(string.format("   [Рендер] Цвет: %s (r:%d, g:%d, b:%d)", 
        tostring(color_table), color_table.r, color_table.g, color_table.b))
end

-- --- Игровой цикл ---
print("=== Кадр 1 ===")
set_color(get_color(255, 0, 0)) -- Создание

print("=== Кадр 2 ===")
set_color(get_color(255, 0, 0)) -- Из кэша (адрес тот же, принта создания нет)

print("=== Кадр 3 ===")
set_color(get_color(0, 255, 0)) -- Создание другого цвета

=== Кадр 1 ===
>> [Память] Создана таблица для (255, 0, 0)
   [Рендер] Цвет: table: 0x5f8968d62db0 (r:255, g:0, b:0)
=== Кадр 2 ===
   [Рендер] Цвет: table: 0x5f8968d62db0 (r:255, g:0, b:0)
=== Кадр 3 ===
>> [Память] Создана таблица для (0, 255, 0)
   [Рендер] Цвет: table: 0x5f8968d62700 (r:0, g:255, b:0)