Lua基础

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摘要

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数据结构

Lua 是动态类型语言，变量不要类型定义,只需要为变量赋值。 值可以存储在变量中，作为参数传递或结果返回。

Lua 中有 8 个基本类型

数据类型 描述
nil 这个最简单，只有值nil属于该类，表示一个无效值（在条件表达式中相当于false）。
boolean 包含两个值：false和true。
number 表示双精度类型的实浮点数
string 字符串由一对双引号或单引号来表示
function 由 C 或 Lua 编写的函数
userdata 表示任意存储在变量中的C数据结构
thread 表示执行的独立线路，用于执行协同程序
table Lua 中的表（table）其实是一个”关联数组”（associative arrays），数组的索引可以是数字、字符串或表类型。在 Lua 里，table 的创建是通过”构造表达式”来完成，最简单构造表达式是{}，用来创建一个空表。 
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print(type("Hello world"))      --> string
print(type(10.4*3))             --> number
print(type(print))              --> function
print(type(type))               --> function
print(type(true))               --> boolean
print(type(nil))                --> nil
print(type(type(X)))            --> string
  • 对于全局变量和 table，nil 还有一个”删除”作用，给全局变量或者 table 表里的变量赋一个 nil 值，等同于把它们删掉
  • Lua 把 false 和 nil 看作是 false，其他的都为 true，数字 0 也是 true
  • 使用 # 来计算字符串的长度，放在字符串前面
  • 不同于其他语言的数组把 0 作为数组的初始索引，在 Lua 里表的默认初始索引一般以 1 开始
  • 在 Lua 里，最主要的线程是协同程序（coroutine）。它跟线程（thread）差不多，拥有自己独立的栈、局部变量和指令指针，可以跟其他协同程序共享全局变量和其他大部分东西。
  • 线程跟协程的区别：线程可以同时多个运行，而协程任意时刻只能运行一个，并且处于运行状态的协程只有被挂起（suspend）时才会暂停
  • userdata 是一种用户自定义数据，用于表示一种由应用程序或 C/C++ 语言库所创建的类型，可以将任意 C/C++ 的任意数据类型的数据（通常是 struct 和 指针）存储到 Lua 变量中调用。

变量

Lua 变量有三种类型：全局变量、局部变量、表中的域。

  • Lua 中的变量全是全局变量，那怕是语句块或是函数里，除非用 local 显式声明为局部变量。
  • 局部变量的作用域为从声明位置开始到所在语句块结束。
  • 变量的默认值均为 nil。
  • 在Lua 语言中，全局变量无须声明即可使用，使用未经初始化的全局变量不会导致错误。当使用未经初始化的全局变量时，得到的结果为 nil

变量赋值语句

  • 遇到赋值语句Lua会先计算右边所有的值然后再执行赋值操作，所以我们可以这样进行交换变量的值：x,y=y,x
  • 当变量个数和值的个数不一致时，Lua会一直以变量个数为基础采取以下策略：
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a. 变量个数 > 值的个数             按变量个数补足nil
b. 变量个数 < 值的个数             多余的值会被忽略

table的索引

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t[i]
t.i                 -- 当索引为字符串类型时的一种简化写法
gettable_event(t,i) -- 采用索引访问本质上是一个类似这样的函数调用

循环

Lua 语言提供了以下几种循环处理方式：

循环类型 描述
while 循环 在条件为 true 时，让程序重复地执行某些语句。执行语句前会先检查条件是否为 true。
for 循环 重复执行指定语句，重复次数可在 for 语句中控制。
repeat…until 重复执行循环，直到 指定的条件为真时为止
循环嵌套 可以在循环内嵌套一个或多个循环语句（while do … end;for … do … end;repeat … until;） 
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-- while 循环
a=10
while( a < 20 )
do
   print("a 的值为:", a)
   a = a+1
end


-- for循环
function f(x)  
    print("function")  
    return x*2  
end  
for i=1,f(5) do 
    print(i)  
end

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

a = {"one", "two", "three"}
for i, v in ipairs(a) do
    print(i, v)
end 

-- repeat 循环
-- repeat 循环的条件判断在循环体末尾处，因此在条件判断之前循环体会执行一次
--[ 变量定义 --]
a = 10
--[ 执行循环 --]
repeat
   print("a的值为:", a)
   a = a + 1
until( a > 15 )

-- while死循环
while( true )
do
   print("循环将永远执行下去")
end

循环控制语句

循环控制语句用于控制程序的流程， 以实现程序的各种结构方式。

Lua 支持以下循环控制语句：

控制语句 描述
break 语句 退出当前循环或语句，并开始脚本执行紧接着的语句。
goto 语句 将程序的控制点转移到一个标签处。 
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local a = 1
::label:: print("--- goto label ---")

a = a+1
if a < 3 then
    goto label   -- a 小于 3 的时候跳转到标签 label
end


-- 使用goto实现continue功能
for i=1, 3 do
    if i <= 2 then
        print(i, "yes continue")
        goto continue
    end
    print(i, " no continue")
    ::continue::
    print([[i'm end]])
end

条件控制

Lua 提供了以下控制结构语句：

语句 描述
if 语句 if 语句 由一个布尔表达式作为条件判断，其后紧跟其他语句组成。
if…else 语句 if 语句 可以与 else 语句搭配使用, 在 if 条件表达式为 false 时执行 else 语句代码。
if 嵌套语句 你可以在if 或 else if中使用一个或多个 if 或 else if 语句 。

控制结构的条件表达式结果可以是任何值，Lua认为false和nil为假，true和非nil为真。

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--[ 0 为 true ]
if(0)
then
    print("0 为 true")
end

-- if elseif else
--[ 定义变量 --]
a = 100

--[ 检查布尔条件 --]
if( a == 10 )
then
   --[ 如果条件为 true 打印以下信息 --]
   print("a 的值为 10" )
elseif( a == 20 )
then  
   --[ if else if 条件为 true 时打印以下信息 --]
   print("a 的值为 20" )
elseif( a == 30 )
then
   --[ if else if condition 条件为 true 时打印以下信息 --]
   print("a 的值为 30" )
else
   --[ 以上条件语句没有一个为 true 时打印以下信息 --]
   print("没有匹配 a 的值" )
end

-- 嵌套
--[ 定义变量 --]
a = 100;
b = 200;

--[ 检查条件 --]
if( a == 100 )
then
   --[ if 条件为 true 时执行以下 if 条件判断 --]
   if( b == 200 )
   then
      --[ if 条件为 true 时执行该语句块 --]
      print("a 的值为 100 b 的值为 200" );
   end
end
print("a 的值为 :", a );
print("b 的值为 :", b );

函数

Lua 函数主要有两种用途：

  • 1.完成指定的任务，这种情况下函数作为调用语句使用；
  • 2.计算并返回值，这种情况下函数作为赋值语句的表达式使用。

函数定义

Lua 编程语言函数定义格式如下：

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optional_function_scope function function_name( argument1, argument2, argument3..., argumentn)
    function_body
    return result_params_comma_separated
end
  • optional_function_scope: 该参数是可选的制定函数是全局函数还是局部函数，未设置该参数默认为全局函数，如果你需要设置函数为局部函数需要使用关键字 local。
  • function_name: 指定函数名称。
  • argument1, argument2, argument3…, argumentn: 函数参数，多个参数以逗号隔开，函数也可以不带参数。
  • function_body: 函数体，函数中需要执行的代码语句块。
  • result_params_comma_separated: 函数返回值，Lua语言函数可以返回多个值，每个值以逗号隔开。
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--[[ 函数返回两个值的最大值 --]]
function max(num1, num2)

   if (num1 > num2) then
      result = num1;
   else
      result = num2;
   end

   return result;
end
-- 调用函数
print("两值比较最大值为 ",max(10,4))
print("两值比较最大值为 ",max(5,6))

-- 函数作为参数传递
myprint = function(param)
   print("这是打印函数 -   ##",param,"##")
end

function add(num1,num2,functionPrint)
   result = num1 + num2
   -- 调用传递的函数参数
   functionPrint(result)
end
myprint(10)
-- myprint 函数作为参数传递
add(2,5,myprint)

-- 多个返回值
function maximum (a)
    local mi = 1             -- 最大值索引
    local m = a[mi]          -- 最大值
    for i,val in ipairs(a) do
       if val > m then
           mi = i
           m = val
       end
    end
    return m, mi
end

print(maximum({8,10,23,12,5}))

-- 可变数目参数
function average(...)
   result = 0
   local arg={...}    --> arg 为一个表，局部变量
   for i,v in ipairs(arg) do
      result = result + v
   end
   print("总共传入 " .. #arg .. " 个数")
   return result/#arg
end

print("平均值为",average(10,5,3,4,5,6))

-- 通过 select("#",...) 来获取可变参数的数量
function average(...)
   result = 0
   local arg={...}
   for i,v in ipairs(arg) do
      result = result + v
   end
   print("总共传入 " .. select("#",...) .. " 个数")
   return result/select("#",...)
end

print("平均值为",average(10,5,3,4,5,6))

-- 固定参数加上可变参数，固定参数必须放在变长参数之前
function fwrite(fmt, ...)  ---> 固定的参数fmt
    return io.write(string.format(fmt, ...))    
end

fwrite("runoob\n")       --->fmt = "runoob", 没有变长参数。  
fwrite("%d%d\n", 1, 2)   --->fmt = "%d%d", 变长参数为 1 和 2

-- select指定起始位置
function f(...)
    a = select(3,...)  -->从第三个位置开始，变量 a 对应右边变量列表的第一个参数
    print (a)
    print (select(3,...)) -->打印所有列表参数
end

f(0,1,2,3,4,5)

-- do ?
do  
    function foo(...)  
        for i = 1, select('#', ...) do  -->获取参数总数
            local arg = select(i, ...); -->读取参数，arg 对应的是右边变量列表的第一个参数
            print("arg", arg);  
        end  
    end  
 
    foo(1, 2, 3, 4);  
end

  • 通常在遍历变长参数的时候只需要使用 {…}，然而变长参数可能会包含一些 nil，那么就可以用 select 函数来访问变长参数了：select(‘#’, …) 或者 select(n, …)

    • select(‘#’, …) 返回可变参数的长度。
    • select(n, …) 用于返回从起点 n 开始到结束位置的所有参数列表。

  • 调用 select 时，必须传入一个固定实参 selector(选择开关) 和一系列变长参数。如果 selector 为数字 n，那么 select 返回参数列表中从索引 n 开始到结束位置的所有参数列表，否则只能为字符串 #，这样 select 返回变长参数的总数。

运算符

算术运算符

下表列出了 Lua 语言中的常用算术运算符，设定 A 的值为10，B 的值为 20：

操作符 描述 实例
+ 加法 A + B 输出结果 30
- 减法 A - B 输出结果 -10
* 乘法 A * B 输出结果 200
/ 除法 B / A 输出结果 2
% 取余 B % A 输出结果 0
^ 乘幂 A^2 输出结果 100
- 负号 -A 输出结果 -10

关系运算符

下表列出了 Lua 语言中的常用关系运算符，设定 A 的值为10，B 的值为 20：

操作符 描述 实例
== 等于，检测两个值是否相等，相等返回 true，否则返回 false (A == B) 为 false。
~= 不等于，检测两个值是否相等，不相等返回 true，否则返回 false (A ~= B) 为 true。
> 大于，如果左边的值大于右边的值，返回 true，否则返回 false (A > B) 为 false。
< 小于，如果左边的值大于右边的值，返回 false，否则返回 true (A < B) 为 true。
>= 大于等于，如果左边的值大于等于右边的值，返回 true，否则返回 false (A >= B) 返回 false。
<= 小于等于， 如果左边的值小于等于右边的值，返回 true，否则返回 false (A <= B) 返回 true。

逻辑运算符

下表列出了 Lua 语言中的常用逻辑运算符，设定 A 的值为 true，B 的值为 false：

操作符 描述 实例
and 逻辑与操作符。 若 A 为 false，则返回 A，否则返回 B。 (A and B) 为 false。
or 逻辑或操作符。 若 A 为 true，则返回 A，否则返回 B。 (A or B) 为 true。
not 逻辑非操作符。与逻辑运算结果相反，如果条件为 true，逻辑非为 false。 not(A and B) 为 true。

其他运算符

下表列出了 Lua 语言中的连接运算符与计算表或字符串长度的运算符：

操作符 描述 实例
.. 连接两个字符串 a..b ，其中 a 为 “Hello “ ， b 为 “World”, 输出结果为 “Hello World”。
# 一元运算符，返回字符串或表的长度。 #”Hello” 返回 5

运算符优先级

从高到低的顺序：

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^
not    - (unary)
*      /       %
+      -
..
<      >      <=     >=     ~=     ==
and
or

除了 ^ 和 .. 外所有的二元运算符都是左连接的。

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a+i < b/2+1          <-->       (a+i) < ((b/2)+1)
5+x^2*8              <-->       5+((x^2)*8)
a < y and y <= z     <-->       (a < y) and (y <= z)
-x^2                 <-->       -(x^2)
x^y^z                <-->       x^(y^z)
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a = 20
b = 10
c = 15
d = 5

e = (a + b) * c / d;-- ( 30 * 15 ) / 5
print("(a + b) * c / d 运算值为  :",e )

e = ((a + b) * c) / d; -- (30 * 15 ) / 5
print("((a + b) * c) / d 运算值为 :",e )

e = (a + b) * (c / d);-- (30) * (15/5)
print("(a + b) * (c / d) 运算值为 :",e )

e = a + (b * c) / d;  -- 20 + (150/5)
print("a + (b * c) / d 运算值为   :",e )

字符串

字符串或串(String)是由数字、字母、下划线组成的一串字符。

Lua 语言中字符串可以使用以下三种方式来表示：

  • 单引号间的一串字符。
  • 双引号间的一串字符。
  • [[ 与 ]] 间的一串字符。
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string1 = "Lua"
print("\"字符串 1 是\"",string1)
string2 = 'runoob.com'
print("字符串 2 是",string2)

string3 = [["Lua 教程"]]
print("字符串 3 是",string3)

所有的转义字符和所对应的意义：

转义字符 意义 ASCII码值（十进制）
\a 响铃(BEL) 007
\b 退格(BS) ，将当前位置移到前一列 008
\f 换页(FF)，将当前位置移到下页开头 012
\n 换行(LF) ，将当前位置移到下一行开头 010
\r 回车(CR) ，将当前位置移到本行开头 013
\t 水平制表(HT) （跳到下一个TAB位置） 009
\v 垂直制表(VT) 011
\ 代表一个反斜线字符’’\’ 092
\’ 代表一个单引号（撇号）字符 039
\” 代表一个双引号字符 034
\0 空字符(NULL) 000
\ddd 1到3位八进制数所代表的任意字符 三位八进制
\xhh 1到2位十六进制所代表的任意字符 二位十六进制

字符串操作

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string.upper(argument): --字符串全部转为大写字母。
string.lower(argument): --字符串全部转为小写字母。

string.gsub(mainString,findString,replaceString,num)
--在字符串中替换。
--mainString 为要操作的字符串， findString 为被替换的字符，replaceString 要替换的字符，num 替换次数（可以忽略，则全部替换），如：
> string.gsub("aaaa","a","z",3);

string.find (str, substr, [init, [end]])
-- 在一个指定的目标字符串中搜索指定的内容(第三个参数为索引),返回其具体位置。不存在则返回 nil。
> string.find("Hello Lua user", "Lua", 1) 

string.reverse(arg) -- 字符串反转

string.format(...) --返回一个类似printf的格式化字符串
> string.format("the value is:%d",4)

string.char(arg) 和 string.byte(arg[,int])
-- char 将整型数字转成字符并连接， byte 转换字符为整数值(可以指定某个字符，默认第一个字符)。
> string.char(97,98,99,100)
> string.byte("ABCD",4)
> string.byte("ABCD")

string.len(arg) --计算字符串长度。

string.rep(string, n)
-- 返回字符串string的n个拷贝
> string.rep("abcd",2)

.. --链接两个字符串
> print("www.runoob.".."com")

string.gmatch(str, pattern)
-- 返回一个迭代器函数，每一次调用这个函数，返回一个在字符串 str 找到的下一个符合 pattern 描述的子串。如果参数 pattern 描述的字符串没有找到，迭代函数返回nil。
> for word in string.gmatch("Hello Lua user", "%a+") do print(word) end

string.match(str, pattern, init)
-- string.match()只寻找源字串str中的第一个配对. 参数init可选, 指定搜寻过程的起点, 默认为1。
-- 在成功配对时, 函数将返回配对表达式中的所有捕获结果; 如果没有设置捕获标记, 则返回整个配对字符串. 当没有成功的配对时, 返回nil。
> = string.match("I have 2 questions for you.", "%d+ %a+")
> = string.format("%d, %q", string.match("I have 2 questions for you.", "(%d+) (%a+)"))

字符串部分未完待续

数组

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-- 初始化数组
array = {}
for i=1,3 do
   array[i] = {}
      for j=1,3 do
         array[i][j] = i*j
      end
end

-- 访问数组
for i=1,3 do
   for j=1,3 do
      print(array[i][j])
   end
end


-- 初始化数组
array = {}
maxRows = 3
maxColumns = 3
for row=1,maxRows do
   for col=1,maxColumns do
      array[row*maxColumns +col] = row*col
   end
end

-- 访问数组
for row=1,maxRows do
   for col=1,maxColumns do
      print(array[row*maxColumns +col])
   end
end

迭代器

迭代器iterator是一种对象，它能够用来遍历标准模板库容器中的部分或全部元素，每个迭代器对象代表容器中的确定的地址。

在 Lua 中迭代器是一种支持指针类型的结构，它可以遍历集合的每一个元素。

泛型 for 迭代器

泛型 for 在自己内部保存迭代函数，实际上它保存三个值：迭代函数、状态常量、控制变量。

泛型 for 迭代器提供了集合的 key/value对

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for k, v in pairs(t) do
    print(k, v)
end

array = {"Google", "Runoob"}

for key,value in ipairs(array)
do
   print(key, value)
end

以上实例中我们使用了 Lua 默认提供的迭代函数 ipairs。

下面我们看看泛型 for 的执行过程：

  • 首先，初始化，计算 in 后面表达式的值，表达式应该返回泛型 for 需要的三个值：迭代函数、状态常量、控制变量；与多值赋值一样，如果表达式返回的结果个数不足三个会自动用 nil 补足，多出部分会被忽略。
  • 第二，将状态常量和控制变量作为参数调用迭代函数（注意：对于 for 结构来说，状态常量没有用处，仅仅在初始化时获取他的值并传递给迭代函数）。
  • 第三，将迭代函数返回的值赋给变量列表。
  • 第四，如果返回的第一个值为nil循环结束，否则执行循环体。
  • 第五，回到第二步再次调用迭代函数

在Lua中我们常常使用函数来描述迭代器，每次调用该函数就返回集合的下一个元素。Lua 的迭代器包含以下两种类型：

  • 无状态的迭代器
  • 多状态的迭代器

无状态的迭代器

无状态的迭代器是指不保留任何状态的迭代器，因此在循环中我们可以利用无状态迭代器避免创建闭包花费额外的代价。

每一次迭代，迭代函数都是用两个变量（状态常量和控制变量）的值作为参数被调用，一个无状态的迭代器只利用这两个值可以获取下一个元素。

这种无状态迭代器的典型的简单的例子是 ipairs，它遍历数组的每一个元素，元素的索引需要是数值。

以下实例我们使用了一个简单的函数来实现迭代器，实现 数字 n 的平方：

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function square(iteratorMaxCount,currentNumber)
   if currentNumber<iteratorMaxCount
   then
      currentNumber = currentNumber+1
   return currentNumber, currentNumber*currentNumber
   end
end

for i,n in square,3,0
do
   print(i,n)
end

迭代的状态包括被遍历的表（循环过程中不会改变的状态常量）和当前的索引下标（控制变量），ipairs 和迭代函数都很简单，我们在 Lua 中可以这样实现：

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function iter (a, i)
    i = i + 1
    local v = a[i]
    if v then
       return i, v
    end
end
 
function ipairs (a)
    return iter, a, 0
end

当 Lua 调用 ipairs(a) 开始循环时，他获取三个值：迭代函数 iter、状态常量 a、控制变量初始值0；然后 Lua 调用iter(a,0)返回 1, a[1]（除非 a[1]=nil）；第二次迭代调用 iter(a,1) 返回 2, a[2]……直到第一个 nil元素。

多状态的迭代器

很多情况下，迭代器需要保存多个状态信息而不是简单的状态常量和控制变量，最简单的方法是使用闭包，还有一种方法就是将所有的状态信息封装到 table 内，将 table 作为迭代器的状态常量，因为这种情况下可以将所有的信息存放在 table 内，所以迭代函数通常不需要第二个参数。

以下实例我们创建了自己的迭代器：

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array = {"Google", "Runoob"}

function elementIterator (collection)
   local index = 0
   local count = #collection
   -- 闭包函数
   return function ()
      index = index + 1
      if index <= count
      then
         --  返回迭代器的当前元素
         return collection[index]
      end
   end
end

for element in elementIterator(array)
do
   print(element)
end