lua 语言笔记

Lua语言基础汇总（1） -- 类型与值

基础介绍

Lua是一种动态类型的语言。在语言中没有类型定义的语法，每个值都带有其自身的类型信息。在Lua中有8种基本类型，分别是：

nil（空）类型

boolean（布尔）类型

number（数字）类型

string（字符串）类型

userdata（自定义类型）

function（函数）类型

thread（线程）类型

table（表）类型

以上是Lua中的8中基本类型，我们可以使用type函数，判断一个值得类型，type函数返回一个对应类型的字符串描述。例如：

local iValue = 10
local fValue = 10.2
local strValue = "Hello World"
local funcValue = print
local bValue = true
local nilValue = nil
local tbValue = {}
 
if type(iValue) == "number" then
     print("It is a number")
end
 
if type(fValue) == "number" then
     print("It is a number")
end
 
if type(strValue) == "string" then
     print("It is a string")
end
 
if type(funcValue) == "function" then
     print("It is a function")
end
 
if type(bValue) == "boolean" then
     print("It is a boolean")
end
 
if type(nilValue) == "nil" then
     print("It is a nil")
end
 
if type(tbValue) == "table" then
     print("It is a table")
end

nil（空）

nil是一种类型，它只有一个值nil。一个全局变量在第一次赋值前的默认值就是nil，将nil赋予一个全局变量等同于删除它。Lua将nil用于表示一种“无效值”的情况，即没有任何有效值得情况。

boolean（布尔）

boolean类型有两个可选值：false和true。一定需要注意的是，在Lua中只有false和nil是“假”的，而除此之外的都是“真”，这和其它语言有所区别的。我之前有一个同事，就吃过这个亏。

number（数字）

number类型用于表示双精度浮点数。Lua没有整数类型，而Lua中的数字可以表示任何32位整数。

string（字符串）

Lua 中的字符串通常表示“一个字符序列”。Lua完全采用8位编码。Lua的字符串是不可变的值。不能像C语言中那样直接修改字符串的某个字符，而是应该根据修改要求来创建一个新的字符串。Lua的字符串和其它对象都是自动内存管理机制所管理的对象，不需要担心字符串的内存分配和释放。在Lua中，字符串可以高效的处理长字符串。当字符串是多行存在时，可以使用“[[]]”符号来界定一个多行字符串，同时，Lua不会解释其中的转义序列。例如：

local page = [[
     <html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
          <head>
               <title>xxxx</title>
          </head>
          <body>
          </body>
     </html>
]]
print(page)

table（表）

table类型实现了关联数组，关联数组是一种具有特殊索引方式的数组；不仅可以通过整数来索引它，还可以使用字符串或其它类型的值（除了nil）来索引它。此外，table没有固定的大小，可以动态得添加任意数量的元素到一个table中。

在Lua中，table既不是“值”，也不是“变量”，而是对象。可以将table想象成一种动态分配的对象，程序中仅仅有一个队它们的引用（指针）。table的创建是通过“构造表达式”完成的，最简单的构造表达式就是{}。

table永远是匿名的，一个引用table的变量与table自身之间没有固定的关联性，例如以下代码：

local a = {} -- 创建一个table，并将它的引用存储在a
a["x"] = 10
local b = a -- b与a引用同一个table
print(b["x"])
b["x"] = 20
print(a["x"])
 
b = nil -- 现在只有a还在引用table
-- 错误：print(b["x"])
print(a["x"])
a = nil -- 现在不存在对table的引用

当对一个table的引用为0时，Lua的垃圾收集器最终会删除该table，并释放它所占用的内存空间。当table的某个元素没有初始化时，它的内容就是nil；另外还可以像全局变量一样，将nil赋予table的某个元素来删除该元素。

在Lua中，对于a["name"]这种形式的写法提供了一种更简便的写法，可以直接输入a.name。先看看以下代码：

local a = {}
a["name"] = 10
print(a.name) -- 等价于print(a["name"])

这种写法本身提供了简便性，但是有的时候，却给程序员带来了困惑；我就常常会把a.x和a[x]搞错，a.x表示a["x"]，表示以字符串”x”来索引table；而a[x]是以变量x的值来索引table。通过下面这段代码，来看看它们之间的区别：

local a = {}
x= "y"
a[x] = 10
print(a[x])  -->10  相当于a["y"]
print(a.x)   -->nil 相当于a["x"]
print(a.y)   -->10  相当于a["y"]

在Lua 5.1中，长度操作符“#”用于返回一个数组或线性表的最后一个索引值。在实际项目中，我们经常使用该操作符来获取数组或线性表的长度。但是使用该操作符是存在陷阱的，比如下面一段代码：

local a = {}
a[1000] = 1
print(#a)

这该输出多少呢？

在 Lua中，对于所有未初始化的元素的索引结果都是nil。Lua将nil作为界定数组结尾的标志。当一个数组有“空隙”时，即中间含有nil时，长度操作符会认为这些nil元素就是结尾标记。因为a[1] = nil，所以，对于上述代码的输出应该是0。所以，在处理table的时候，需要考虑这个问题。那么对于含有nil的table，如何获取它的长度呢？我们可以使用table.maxn，它将返回一个table的最大正索引数，如下所示：

local a = {}
a[1000] = 1
print(table.maxn(a)) -->1000

function（函数）

在 Lua中，函数被当做值来对待，这表示函数可以存储在变量中，可以通过参数传递给其它函数，还可以作为其它函数的返回值。Lua既可以调用自身Lua语言编写的函数，又可以调用以C语言编写的函数。Lua所有的标准库都是用C语言写的。我在之后，还会详细的总结Lua中的函数的。在这里就说这么多。

userdata（自定义类型）和thread（线程）

userdata用于表示一种由应用程序或C语言库所创建的新类型。由于userdata类型可以将任意的C语言数据存储到Lua变量中。在Lua中，这种类型没有太多的预定义操作，只能进行赋值和相等性测试。

thread主要用于“协同程序”。

Lua语言基础汇总（2） -- 表达式

算术操作符

Lua支持常规的算术操作符有：”+”（加法）,”-”（减法）,”*”（乘法）,”/”（除法）,”^”（指数）,”%”（取模）,一元的”-”（负号）。所有的这些操作符都用于实数。例如：x^0.5将计算x的平方根，x^3将计算x的3次方。

关系操作符

Lua提供的关系操作符有：”<”,”>”,”<=”,”>=”,”==”,”~=”；所有这些操作符的运算结果都是true或false。

操作符==用于相等性测试，操作符~=用于不等性测试。这两个操作符可以应用于任意两个值。如果两个值具有不同的类型，Lua就认为它们是不相等的；特别需要说明的是，nil只与其自身相等。

对于table、userdata和函数，Lua是作引用比较的。也就是说，只有当它们引用同一个对象时，才认为它们相等。

逻辑操作符

Lua 提供的逻辑操作符有and、or和not。与条件控制语句一样，所有的逻辑操作符将false和nil视为假，而将其它的任何东西视为真。对于操作符 and来说，如果它的第一个操作数为假，就返回第一个操作数；不然就返回第二个操作数。对于操作符or来说，如果它的第一个操作数为真，就返回第一个操作数；不然就返回第二个操作数。这里和C++等语言是存在区别的，Lua的逻辑操作符并不是简单的返回true或false，而是返回操作数的值。例如以下代码：

print(4 and 5)               -->5
print(nil and 13)          -->nil
print(false and 13)     -->false
print(4 or 5)               -->4
print(false or 5)          -->5

and和or都使用“短路求值”，也就是说，它们只会在需要时才去评估第二个操作数。

字符串连接

要在Lua中连接两个字符串，可以使用操作符“..”（两个点）。如果其任意一个操作数是数字的话，Lua会将这个数字转换成一个字符串。在Lua中，字符串是不可变的值，连接操作符只会创建一个新字符串，而不会对其原操作数进行任何修改。

table构造式

构造式是用于创建和初始化table的表达式。最简单的构造式就是一个空构造式{}，用于创建一个空table。构造式还可以用于初始化数组，数组的下标从1开始。例如：

local tbDays ={"Sunday", "Monday", "Tuesday", "Wednesday", "Thursday", "Friday", "Saturday"}
print(tbDays[1])          -->Sunday
print(tbDays[2])          -->Monday
print(tbDays[3])          -->Tuesday
print(tbDays[4])          -->Wednesday
print(tbDays[5])          -->Thursday
print(tbDays[6])          -->Friday
print(tbDays[7])          -->Saturday

Lua还提供了一种特殊的语法用于初始化table：

local tb1 = {x=10, y=20}
print(tb1.x)          -->10
print(tb1["x"])          -->10

除此之外，Lua还提供了一种更通用的格式，这种格式允许在方括号之间，显式地用一个表达式来初始化索引值，例如：

local tb1 = {["+"] = "add", ["-"] = "sub", ["*"] = "mul", ["/"] = "div"}
print(tb1["+"])

比如local tb1 = {x=10, y=20}这种构造方式，其实是和local tb1 = {["x"] = 10, ["y"] = 20}是等价的。在实际编程中，这两种构造式，都可以替换的用。

Lua语言基础汇总（3） -- 语句

赋值

赋值的基本含义是修改一个变量或一个table中字段的值，这个和其它语言没有多少区别，但是对于Lua，有一个特性，它允许“多重赋值”，也就是一下子将多个值赋予多个变量，例如以下代码：

local x1, x2 = 2, 4
print(x1)     -->2
print(x2)     -->4

在多重赋值中，Lua先对等号右边的所有元素求值，然后才执行赋值，例如以下用法，可以非常简便的交换两个元素的值：

local x1, x2 = 2, 4
x1, x2 = x2, x1
print(x1)     -->4
print(x2)     -->2

Lua总是会将等号右边值得个数调整到与左边变量的个数相一致，规则是：如果值得个数少于变量的个数，那么多余的变量会被赋为nil；如果值得个数更多的话，那么多余的值会被忽略掉。

局部变量与块

相对于全局变量，Lua同时也提供了局部变量。通过local语句来创建局部变量：

i = 10     -->全局变量
local i = 10     -->局部变量

在Lua中，局部变量也是有作用范围的，也就是说，出了局部变量的作用范围，局部变量就会失去作用，这个和C++等高级语言是一样的道理。我们在编程的过程中，也可以使用do…end来显示的声明一个块，例如以下代码：

do
     local a1 = 10
     local a2 = 10
end          -->a1和a2的作用域到此结束

至于使用局部变量和全局变量，关系到编程风格和实际需要，这里不做多说。

控制结构

几乎所有的语言都有控制结构，同样，对于Lua的控制结构是非常简单的。Lua提供了用于条件执行的if，循环的while、repeat和for。所有的控制结构都有一个显式的终止符：if、for和while以end作为结尾，repeat以until作为结尾。特别注意，在Lua中是不支持 switch结构的。

if then else

if语句先测试其条件，然后根据测试结果执行then部分或者else部分，else部分是可选的。如果要编写嵌套的if，可以使用elseif，下面通过代码示例来说明if的使用。

if a < 0 then a = 0 end
if a < b then retuan a else return b end
 
if op == "+" then
     r = a + b
elseif op == "-" then
     r = a - b
elseif op == "*" then
     r = a * b
elseif op == "/" then
     r = a / b
end

while

Lua中的while与其它语言是一样的，示例代码如下：

local a = 10
while a > 0 do
     a = a - 1
     -- Do something else
end

repeat

repeat就好比C++中的do…while结构，循环体至少会执行一次。repeat-until语句重复执行其循环体直到条件为真时结束。

在Lua中有两种for语句的形式：数字型for和泛型for

数字型for

数字型for的语法如下：

for var = exp1, exp2, exp3 do
     -- Do something
end

var从exp1变化到exp2，每次变化都以exp3作为步长进行递增，并执行一次do…end之间的代码。第三个表达式exp3是可选的，若不指定的话，Lua会将步长默认为1。例如以下代码：

for var = 1, 10 do
     print(var)
end
 
for var = 10, 1, -1 do
     print(var)
end

在使用for时，需要注意以下两点：

1.for的exp1,exp2和exp3，这三个表达式是在循环开始前一次性求值得；并不会每次循环都进行求值；

2.控制变量var会被自动的声明为for语句的局部变量，并且仅在循环体内可见。

泛型for

泛型for循环通过一个迭代器函数来遍历所有值。在Lua的基础库中提供了ipairs，这是一个用于遍历数组的迭代器函数。从外观上看泛型for比较简单，但其实它是非常强大的。通过不同的迭代器，几乎可以遍历所有的东西。标准库提供了几种迭代器，包括用于迭代文件中每行的io.lines、迭代 table元素的pairs、迭代数组元素的ipairs和迭代字符串中单词的string.gmatch等。当然了，我们也可以编写自己的迭代器，在以后的文章中，我会总结如何编写迭代器的。

break与return

break和return语句用于跳出当前的块。这里的break、return和C++等语言是一样的。break语句用于结束一个循环，return语句用于从一个函数中返回结果。

Lua语言基础汇总（4） -- 函数

Lua中的函数和C++中的函数的含义是一致的，Lua中的函数格式如下：

function MyFunc(param)
     -- Do something
end

在调用函数时，也需要将对应的参数放在一对圆括号中，即使调用函数时没有参数，也必须写出一对空括号。对于这个规则只有一种特殊的例外情况：一个函数若只有一个参数，并且此参数是一个字符串或table构造式，那么圆括号便可以省略掉。看以下代码：

print "Hello World"          --> print("Hello World")等价
print [[a multi-line
          message]]          -->print([[a multi-line
                              -->               message]]) 等价
-- f是一个函数
f{x=10, y=20}               -->f({x=10, y=20}) 等价

上面代码的一些简便写法，如果不熟悉的话，在阅读别人的代码时，就会是一头雾水。

一个函数定义具有一个名称、一系列的参数和一个函数体。函数定义时，所定义的参数的使用方式与局部变量非常相似，它们是由调用函数时的“实际参数”初始化的。调用函数时提供的实参数量可以与形参数量不同。Lua会自动调整实参的数量，以匹配参数表的要求，若“实参多余形参，则舍弃多余的实参；若实参不足，则多余的形参初始化为nil”。这个与接下来要介绍的多重返回值非常相似。

多重返回值

这个应该是Lua的一个特征吧。允许函数返回多个结果，只需要在return关键字后列出所有的返回值即可。以下根据带来来说明情况：

function foo0() end                         -- 无返回值
function foo1() return "a" end          -- 返回一个结果
function foo2() return "a", "b" end     -- 返回两个结果
 
-- 在多重赋值时，如果一个函数调用是最后，或仅有的一个表达式，
-- 那么Lua会保留其尽可能多的返回值，用于匹配赋值变量
x, y = foo2()               -- x = "a", y = "b"
x = foo2()                    -- x = "a", "b"被丢弃
x, y, z = 10, foo2()     -- x = 10, y = "a", z = "b"
 
-- 如果一个函数没有返回值或者没有足够多的返回值，那么Lua会用
-- nil来补充缺失的值
x, y = foo0()               -- x = nil, y = nil
x, y = foo1()               -- x = "a", y = nil
x, y, z = foo2()          -- x = "a", y = "b", z = nil
 
-- 如果一个函数调用不是一系列表达式的最后一个元素，那么将只产生一个值：
x, y = foo2(), 20          -- x = "a", y = 20
x, y = foo0(), 20, 30     -- x = nil, y = 20, 30则被丢弃
 
-- table构造式可以完整的接收一个函数调用的所有结果，即不会有任何数量
-- 方面的调整
local t = {foo0()}          -- t = {}(一个空的table)
local t = {foo1()}          -- t = {"a"}
local t = {foo2()}          -- t = {"a", "b"}
 
-- 但是，对于上述的行为，只有当一个函数调用作为最后一个元素时才会发生，
-- 而在其他位置上的函数调用总是只产生一个结果值
local t = {foo0(), foo2(), 4}          -- t[1] = nil, t[2] = "a", t[3] = 4
 
-- 我们也可以在一个函数中，使用return返回另一个函数
function MyFunc()          -- 返回a
     return foo1()          -- 注：这里是return foo1()，而不是return (foo1())
end
 
-- return foo1()和return (foo1())是两个完全不同的意思
-- 将一个函数调用放入一对圆括号中，从而迫使它只返回一个结果
print((foo0()))          -- nil
print((foo1()))          -- a
print((foo2()))          -- a

变长参数

在C语言中，函数可以接受不同数量的实参，Lua中的函数也可以接受不同数量的实参，例如以下代码：

-- 打印所有的参数
function VarArguments(...)
     for i, v in ipairs{...} do
          print(v)
     end
end
 
VarArguments(1, 2, 3)

参数表中的3个点（…）表示该函数可接受不同数量的实参。当这个函数被调用时，它的所有参数都会被收集到一起。这部分收集起来的实参称为这个函数的“变长参数”。一个函数要访问它的变长参数时，仍需要用到3个点（…）。但不同的是，此时这3个点是作为一个表达式来使用的。在上例中，表达式{…}表示一个由所有变长参数构成的数组。在C语言中使用变长参数需要注意的问题，在Lua中同样需要注意。

通常一个函数在遍历其变长参数时只需要使用表达式{…}，这就像访问一个table一样，访问所有的变长参数。然而在某些特殊的情况下，变长参数中可能会包含一些故意传入的 nil，那么此时就需要用select来访问变长参数了。调用select时，必须传入一个固定实参selector和一系列变长参数。如果 selector为数字n，那么select返回它的第n个可变实参；否则selector只能为字符串“#”，这样select会返回变长参数的总数，请看以下代码：

for i = 1, select('#', ...) do
    local arg = select(i, ...) -- 得到第i个参数
    -- Do something else
end

select(‘#’, …)会返回所有变长参数的总数，其中包括nil（还记得table.maxn么？）对于Lua 5.0版本来说，变长参数则有另外一套机制。声明函数的语法是一样的，也是将3个点作为最后一个参数。但Lua 5.0没有提供“…”表达式。而是通过一个隐含的局部table变量“arg”来接受所有的变长参数。这个table还有一个名为“n”的字段，用来记录变长参数的总数，例如以下代码：

function MyFunc(a, b, ...)
     print(arg.n)
end
 
MyFunc(1, 2, 3, 4, 5)     -->3

这套旧机制的缺点在于，每当程序调用了一个具有变长参数的函数时，都会创建一个新的table。而在新机制中，只有在需要时才会去创建这个用于变长参数访问的table。这里只是对这个方法进行简单介绍，别在阅读别人的代码时，看不懂！！！

深入讨论函数

在 Lua中，函数与其它传统类型的值具有相同的权利。函数可以存储到变量或table中，也可以作为实参传递给其它函数，还可以作为其它函数的返回值。在 Lua中有一个容易混淆的概念是，函数与所有其它值一样都是匿名的，即它们都没有名称。当讨论一个函数名时，实际上是在讨论一个持有某函数的变量，例如以下代码：

-- 我们经常这样定义函数
function foo(x) return 2 * x end
 
-- 实际上，这只是一种“语法糖”而已；
-- 上述代码只是下面代码的一种简化书写形式
foo = function (x) return 2 * x end

实际上，一个函数定义实际就是一条语句（更准确地说是一条赋值语句），这条语句创建了一种类型为“函数”的值，并将这个值赋予一个变量。由于函数在Lua中就是一个普通的值，所以不仅可以将其存储在全局变量中，还可以存储在局部变量甚至table的字段中。

内嵌函数

若将一个函数写在另一个函数之内，那么这个位于内部的函数便可以访问外部函数中的局部变量，这个特征叫做“词法域”。我们来看看下面一段有趣的代码：

function newCounter()
     local i = 0
     return function () -- 匿名函数
          i = i + 1
          return i
     end
end
 
c1 = newCounter()
print(c1())     -->输出什么？
print(c1())     -->又输出什么？

如果你很明白上面的输出，很明白上面的代码，那么闭合函数这一小节就不需要阅读了。在上述代码中，有一个变量i，对于函数newCounter来说，i是一个局部变量，但是对于匿名函数来说，当它访问这个i时，i既不是全局变量，也不是局部变量，对于我们来说，我们称这样的变量为一个“非局部的变量”。下面这段代码也是同样的道理：

function newCounter(i)
     return function () -- 匿名函数
          i = i + 1
          return i
     end
end
 
c1 = newCounter(10)
print(c1())     -->输出什么？
print(c1())     -->又输出什么？

匿名函数访问了一个“非局部的变量”i，该变量用于保持一个计数器。乍一看，由于创建变量i的函数，也就是newCounter已经返回，所以之后每次调用匿名函数时，i都应该是已经超出了作用范围。但是，Lua会以closure的概念来正确地处理这种情况。在这里简单的讲，一个closure就是一个函数加上该函数所需访问的所有“非局部的变量”。如果再次调用newCounter，那么它会创建一个新的局部变量i，从而将得到一个新的closure。在后续的总结中，我会专门总结一篇关于Lua中的闭包的博文，敬请期待。

非全局的函数

由于函数和普通变量一样，所以函数不仅可以存储在全局变量中，还可以存储在table的字段中，或局部变量中。我们可以把函数存在一个table中，比如以下代码：

Lib = {}
Lib.foo = function (x, y) return x + y end
Lib.goo = function (x, y) return x - y end

只要将一个函数存储在一个局部变量中，就得到了一个“局部函数”，也就是说这个函数只能在某个特定的作用域内才有效。我们可以这样定义一个局部的函数：

local f = function (<参数>)
     <函数体>
end
-- Lua还提供另一种特殊的“语法糖”
local function f (<参数>)
     <函数体>
end

有的时候，我们需要进行函数的前置声明，比如以下代码：

local f, g
 
function f()
     <一些其它操作>
     g()
end
 
function g()
     <一些其它操作>
     f()
end

总结

这篇博文对Lua中的函数进行了大体上的总结，至少看完这篇博文，你会使用Lua写函数了，会使用Lua中的函数了。但是对于比较深的东西，这里没有总结，比如“闭包”。我会专门写一篇关于Lua中的闭包的文章。

赋值

local x1, x2 = 2, 4
print(x1)     -->2
print(x2)     -->4