Lua程序设计学习笔记(一) Lua基本语法（1）

Lua基本语法(一)

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1.  开始

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（1）基本常识

• lua中的标识符可以由任意字母、数字、下划线构成的字符串，但不能以数字开头。
• 全局变量不需要申明，直接赋值即可创建，删除变量直接赋nil。未申明的变量不会报错，直接返回nil。
• 行注释以“–”开头；块注释以“–[[”开始，“]]”结束，重启块注释加“-”即可。（住：块注释需独占一行）

（2）Lua解析器

  在代码文件中第一行输入：#!User/local/bin/lua，系统将直接用lua来解析这个脚本文件。
  Lua解析器的用法：lua [选项参数] [脚本[参数]]，常用参数有

• [-i] 用于调试和手工测试；
• [-e] 直接输入代码，如：lua -e “print(“hello”)”；
• [-l] 加载一个lua程序库；

  在脚本代码中，可以通过全局变量arg来检索脚本的启动参数。脚本名称索引为0(前一个索引为-1)，第一个参数为1，依此类推…
  如：lua -e “sin=math.sin”script a b,则arg[0]=script,arg[1]=a,arg[-1]=“sin=math.sin”。

2.   类型与值

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  Lua中有8中基本类型：nil（空）、boolean(布尔)、number(数字)、string（字符串）、userdata(自定义类型)、function（函数）、table(表)、thread（线程）。函数type（val）可返回val的类型名。

（1）nil(空)

  nil是一种类型，只有一个值nil，在lua中也叫无效值。将nil赋给一个变量，可删除变量。

（2）boolean(布尔)

  boolean类型只有2个值：false和true。在条件表达式中，只有值为false和nil为“假”，其它值均为“真”。

（3）number(数字)

  number用于表示实数，lua中没有整数类型。数字常量有2中表示法，分别为普通表示法和科学计数法，如：
4 0.4  4.57e-3   0.3e12   5e+20

（4）string(字符串)

  string通常用于表示“一个字符序列”，其表示方式有4中：

• <1> 单引号表示’；
• <2> 双引号表示“”；
• <3> 用[[和]]包裹住字符串，可延申多行，可包含转移字符；
• <4> 左边/右边2个方括号加任意数量的等号，如：[[…]]，可防止字符串中出现代码注释；

  在lua中，“…”用于连接字符串，特殊地：纯数字之间用空格隔一下。tonumber用于将字符串转成数字，tostring则可将数字转成字符串。

（5）function(函数)

  在lua中，函数作为“第一类值”看待。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既可以调用以自身lua语言编写的函数，又可以调用以C语言编写的函数。

（6）table(表)

  Table类型实现了“关联数组”，可以用特殊索引访问它。为整数索引时，可理解为数组；为字符串索引时，可理解为记录。基于table，还可实现一些较复杂的数据结构，如：队列、栈、集合、记录等。
  Lua仅持有一个对它们的引用，不会产生新的副本或创建table，可理解为两层含义：

• table类型的变量都是引用，要保护变量，需要拷贝表;
• 变量的赋值都是引用，可间接修改原值；

  删除一个表中元素，可直接赋值nil。Lua中将nil作为数组的结尾标志，#t表示数组长度，若要处理中间元素为nil的“空隙”数组，可使用table.maxn(t)获取最大索引。

3.  表达式

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（1）算术表达式

  Lua中支持的算术操作符有：二元的+（加）、-（减）、*（乘）、/（除）、^（指数）、%（取模），一元的“-”(负号)。
特别地，x^{(1/2)表示平方根，x}(1/3)表示立方根。
取模操作符的定义：a % b = a - math.floor( a / b ) * b。对于实数有这特殊用途，x % 1表示x的小数部分，x - x % 1表示x的整数部分，x - x % 0.01表示x精确到小数点后两位的结果。
angle % (2 * math.pi)表示将任意角度angle限制在[0.2Π]范围内。

（2）关系运算符

  关系运算符的结果只有true和false两种。
对于基本类型，只对其值作比较；而对于table、函数、userdata类型，lua只作引用比较，只有引用同一个对象时才判定为相等。

（3）逻辑操作符

  逻辑操作符有and、or、not。x=x or {} <> if not x then x={} end；C语言中的a?b:c <> （a and b）or c，其前提条件是：b不为假，否则无意义。
  示例1：比较大小

max=(x>y) and x or y;

（4）字符串连接

  Lua中连接2个字符串，用…（两点）表示。连接操作符只会创建一个新串，不会修改原值（字符串为常量）。

（5）Table构造式

  构造式是用于创建和初始化table的表达式。最简单的构造式是{}，用于创建一个空表。
  两种常用的构造式：

• 直接赋值。t={x=1,y=2}；
• 先初始为{}，后赋值。t={},t.x=1,t.y=2;

  table作为数组时，下表默认从1开始，方便与#t表长对应，但也可以显示申明将第一个元素写成t[0]。table结尾的逗号是可选的，中间的分号可用来表示不同的成分(分类)。
  示例1：创建链表

List = nil
For line in io.lines() do
	List={next=List,str=line}
End

4.   语句

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（1）赋值

  Lua不同于其它语言，允许“多重赋值”。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，利用这项特性可快速交换元素，如：x,y=y,x，也常用于函数的返回值。
  赋值原则：若值的个数少于变量的个数，那么多余的变量湖北赋为nil；若值的个数更多的话，那么多余的值会被“静悄悄地”丢弃掉。

（2）局部变量和块

  全局变量一般直接使用，局部变量用local作限定，其作用域仅限于声明它们的那个块。将外部变量赋值给局部变量，可加速在作用域内对其的访问，如：local fn = fn。一般在需要的地方声明局部变量，这样可以缩短变量的作用域，且有助于提高代码的可读性。
  一个块是一个控制结构的执行体、或者是一个函数的执行体，再或者是一个程序块。显示声明一个块，只需将内容放在do … end之间。

（3）控制结构

if - then - else

  一个分支都是以end为结尾，不能出现多个end。lua中没有switch语句，若要实现复杂的嵌套，可使用if - then - elseif - then - else - end结构。

while和repeat

  while和repeat最大的区别在于，前者先判断条件，可能一次都不执行；后者先执行再判断条件，至少可执行一次，repeat循环需要以until结尾。与其它语言不同的是，在lua中，一个声明在循环体中的局部变量的作用域包括了条件测试。

数字型for

  数字型for基本语法：for var=exp1,exp2,exp3 do…end。Var从exp1变化到exp3，每次变化以exp3为步长递增，exp3是可选的，如果不指定默认为1。
  此外，控制变量会自动地声明为for的局部变量，如需跳出循环体，使用bread语句。

泛型for

  泛型for通过一个迭代器(iterator)函数来遍历所有值。数字型for和泛型for，有两个共同的特点：①循环变量是循环体的局部变量②决不应该对局部变量作任何赋值。
  lua标准库中常用的几种迭代器为：迭代文件中每行的(io.lines)、迭代数组元素的(ipairs)、迭代table元素的(pairs)、迭代字符串中单词的(gmatch)。具体语法如下：

• for line in io.lines() do…end；
• for i,v in ipairs(t) do…end;
• for k,v in paris(t) do…end;
• for v1,v2…vi in gmatch(s,pattern) do…end（gmatch可返回多个值，依托于()强制参数）；

（4）模拟switch和continue

  Lua语言中是没有switch和continue语句的，但是我们可以模拟出其功能。
  <1> 模拟switch，用函数和table来实现

Local switch = {
	[case1]=function(arg)...end,
	[case2]=function(arg)...end,etc
}

Switch[iCase](arg)

  <2> 模拟contionue，用do…end包住整个for块

For k,v in pairs(t) do
	Do
		语句1
		Break；	--相当于continue的功能
		语句2
	End
End

5.  函数

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  在lua中，函数是一种对语句和表达式进行抽象的主要机制。
  在面向对象式的函数调用中，提供：操作，可隐式传入self参数，表达式o.foo(o,x)可改写成o:foo（x）。
  在lua中，函数声明时不能指定默认参数，但可以在函数体内通过“n = n or 1”或“t = t or {}”方式实现。

（1）多重返回值

  Lua具有一项非常与众不同的特征，允许函数返回多个结果，只需在return关键字后列出所有的返回值即可。
  函数虽然能返回多个返回值，但某些情况下只能获取到部分值。将函数作为单独一条语句时，丢弃所有返回值；如果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。“一系列表达式”在Lua中表现为4种情况：多重赋值、函数调用时传入的实参列表、table的构造式和return语句。详细实例如下（假定函数f返回2个值）:

• x,y=f(),10；
• print(f(),1);
• t={f(),1};
• return f(),1;

  如果将函数调用放在一对圆括号内，可强制其只返回一个结果，如(f())。
关于多重返回值，有一个特殊的函数——unpack，它接收一个数组作为参数。其功能是展开数组中的所有元素(下标从1开始)，unpack的一项重要用途体现在“泛型调用”，通用语法：f(unpack(a))，f为任意函数，只要数组a取对应的参数值即可。
比如：

f = string.find;a={“hello”，“ll”}。

  示例1：用lua实现unpack函数

Function unpack(t,i)
	i = i or 1
	if t[i] then
		Return t[i],unpack(t,i+1)
	End
end

（2）变长参数

  在参数列表中，用3个点…表示变长参数，可当作table来解析(或先保存)。具有变长的实参，函数调用实参对形参作初始化时，跟“多重赋值”类似。
  对于变长参数，如需获取指定位置的元素，可使用select函数。此函数会处理值为nil的参数，原型为select(n,…)，当n为数字时，返回第n个可变实参；当为字符串“#”,则返回变长参数的长度。

（3）具名形参

  Lua中的参数传递机制是具有“位置性”的，也就是在调用一个函数时，实参是通过参数表中的位置取匹配形参的。
具名参数可防止参数书写顺序问题。当一个函数拥有大量的参数时，很容易把参数位置搞错，将其参数列表打包table作为唯一参数传递是很有用的。
  实例1：文件改名

Function rename(arg)
	Return os.rename(arg.old,arg.new)
End

Local arg={old=“1.lua”,new=“1.lua”}
Rename(arg)

  在设计一些接口的时候，可能有很多参数，但只有部分参数特别重要，此时可对原有函数进行封装，内部调用时指定部分默认值，关键参数作校验。这样，用户调用时只需关注部分参数，构造一个table即可，这也是一个很多的设计思路。

6.   深入函数

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  Lua中有一个容易混淆的概念，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，因为函数是匿名的。
函数在Lua中属于“第一类值”，不仅可以存储在全局变量中，还可以存储在局部变量甚至table的字段中。所以，可以将函数应用于回调、参数、table存储等方面。

（1）closure（闭合函数）

  Lua词法域：一个函数可以嵌套在另一个函数中，内部函数可以访问外部函数中的变量。
按变量的作用域来分，除全局变量和局部变量外，还有一种“非局部变量（外部变量）”，也就是closure中的局部变量。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”。
  示例1：简单计数

Function newCount()
	Local i=0
	Return function()
		i=i+1
		return i
	End
End

c1=newCount()
Print(c1) --结果1
Print(c1) --结果2
c2=newCount()
Print(c2) --新的closure，结果1
Print(c1) --持续累加，结果3

  示例2：函数重定义

Do
	Local sin=math.sin
	Math.sin=function(x)
		Reutrn sin(x*math.pi/180)
	End
End

  示例2中的奇妙之处在于，将老版本的sin保存在一个私有变量中，并使用do…end程序块限制sin的作用域。此后，只有新版本的sin才能访问到它，外部调用math.sin只能访问新版本的函数。
  使用这种技术，可以创建一个安全的运行环境，即所谓的“沙盒(sandbox)”。

（2）非全局函数

  函数不仅可以作为全局变量，还可以存储在table的字段和局部变量中。典型的应用：面向对象和递归，如下：
  示例1：面向对象

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

  示例2：递归求阶层

Local function fact(n)
If n == 0 then return 1
Else return n*fact(n-1) end
End

  对于一些间接的递归调用，需要提前将函数申明为局部变量，如：

Local f,g
Function g() ... f() ... end
Function f() ... g() ... end

（3）尾调用消除

  Lua中函数中还有一个特性：尾调用消除，类似于goto语句，直接展开代码，不耗费任何栈空间。当一个函数调用另一个函数的最后一个动作时，该调用是一条“尾调用”，准确地说是“return ()”（也适用于复杂的表达式）。
  由于“尾调用”不会耗费栈空间，所以一个程序可以拥有无数嵌套的“尾调用”，且不会造成栈溢出。
  示例1：迷宫游戏

Function room1()
	Local move = io.read()
	If move == “south” then return room2()
	Elseif move == “north” then return room3()
	Else
			print(“invaild romm”)
		Return room1()
	End
End
-- room2和room3实现类似
Function room4()
	Print(“congratulations”)
end