Lua教程（二）：基础知识、类型与值介绍

一、基础知识：

1. 第一个程序和函数：
    在目前这个学习阶段，运行Lua程序最好的方式就是通过Lua自带的解释器程序，如：
 

代码如下:

/> lua
    > print("Hello World")
    Hello World

这样我们就可以以交互性的方式输入lua代码，并立即得到执行结果了。对于代码块较少的测试程序来说，这种方式确实是非常方便的，然而对于相对复杂的程序而言，这种方式就不是很合适了。如果是这样，我们可以将Lua代码保存到一个独立的Lua程序文件中，之后再通过Lua解释器程序以命令行参数的形式执行文件中的Lua代码。如我们将下面的Lua代码保存到test.lua的文件中：

代码如下:

function fact(n)
    if n == 0 then
        return 1
    else
        return n * fact(n - 1)
    end
end
print("Enter a number:")
a = io.read("*number")
print(fact(a))

代码如下:

/> lua D:/test.lua
    Enter a number:
    4
    24

2. 代码规范：

1). Lua的多条语句之间并不要求任何分隔符，如C语言的分号(;)，其中换行符也同样不能起到语句分隔的作用。因此下面的写法均是合法的。如：
 

代码如下:

a = 1
b = a * 2
   
a = 1;
b = a * 2;
   
a = 1; b = a * 2;
a = 1  b = a * 2

2). 通过dofile()方法引用其他Lua文件中的函数，如：

代码如下:

function fact(n)
    if n == 0 then
        return 1
    else
        return n * fact(n - 1)
    end
end

将上面的函数保存到test2.lua文件中。

代码如下:

/> lua
    > dofile("d:/test2.lua")
    > print(fact(4))
    24

3). 词法规范。
    和大多数其它语言一样，在声明变量时，变量名可以由任意字母、数字和下划线构成，但是不能以数字开头。在Lua中还有一个特殊的规则，即以下划线(_)开头，后面紧随多个大写字母(_VERSION)，这些变量一般被Lua保留并用于特殊用途，因此我们在声明变量时需要尽量避免这样的声明方式，以免给后期的维护带来不必要的麻烦。
    Lua是大小写敏感的，因此对于一些Lua保留关键字的使用要特别小心，如and。但是And和AND则不是Lua的保留字。
    4). Lua中的注释分为两种，一种是单行注释，如：
 

代码如下:

--This is a single line comment.
    另外一种是多行注释，如：
    --[[
    This is a multi-lines comment.
    --]]

  3. 全局变量：
    在Lua中全局变量不需要声明，直接赋值即可。如果直接访问未初始化的全局变量，Lua也不会报错，直接返回nil。如果不想再使用该全局变量，可直接将其置为nil。如：
 

代码如下:

/> lua
    > print(b)
    nil
    > b = 10
    > print(b)
    10
    > b = nil
    > print(b)
    nil

  4. 解释器程序：
    命令行用法如下：
    lua [options] [lua-script [arguments] ]
    该工具的命令行选项主要有以下3个：
    -e: 可以直接执行命令行中Lua代码，如：lua -e "print(\"Hello World\")"
    -l: 加载该选项后的Lua库文件，如：lua -l mylib -e "x = 10"，该命令在执行之前先将mylib中的Lua代码加载到内存中，在后面的命令中就可以直接使用该文件中定义的Lua函数了。
    -i: 在执行完指定的Lua程序文件之后，并不退出解释器程序，而是直接进入该程序的交互模式。   
    在解释器程序的交互模式下，我们可以通过在表达式前加等号(=)标识符的方式直接输出表达式的执行结果。通过该方式，我们可以将该程序用于计算器，如：
   

代码如下:

/> lua
    > = 3 + 1 + 4
    8

该小节最后需要介绍的是lua脚本的命令行参数访问规则。如：
 

代码如下:

/> lua lua-script.lua a b c

在该脚本的程序入口，lua解释器会将所有命令行参数创建一个名为arg的table。其中脚本名(lua-script.lua)位于table索引的0位置上。它的第一个参数(a)则位于索引1，其它的参数以此类推。这种索引方式和C语言中读取命令行参数的规则相同。但是不同的是，Lua提供了负数索引，用以访问脚本名称之前的命令行参数，如：
 

代码如下:

arg[-1] = lua
    arg[0] = lua-script.lua
    arg[1] = a
    arg[2] = b
    arg[3] = c

二、类型与值：

Lua是一种动态类型的语言。其语言本身没有提供类型定义的语法，每个值都“携带”了它自身的类型信息。在Lua中有8中基础类型，分别是：nil、boolean、number、string、userdata、function、thread和table。我们可以通过type函数获得变量的类型信息，该类型信息将以字符串的形式返回。如：
 

代码如下:

> print(type("hello world"))
    string
    > print(type(10.4))
    number
    > print(type(print))
    function
    > print(type(true))
    boolean
    > print(type(nil))
    nil
    > print(type(type(X)))
    string

  1. nil(空)：
    nil是一种类型，它只有一个值nil，它的主要功能是由于区别其他任何值。就像之前所说的，一个全局变量在第一次赋值前的默认值的默认值就是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。
    
    2. boolean(布尔)：
    该类型有两个可选值：false和true。在Lua中只有当值是false和nil时才视为“假”，其它值均视为真，如数字零和空字符串，这一点和C语言是不同的。
    
    3. number(数字)：
    Lua中的number用于表示实数。Lua中没有专门的类型表示整数。
    
    4. string(字符串)：
    Lua中的字符串通常表示“一个字符序列”。字符串类型的变量是不可变的，因此不能像C语言中那样直接修改字符串的某一个字符，而是在修改的同时创建了新的字符串。如：

代码如下:

1 a = "one string"
2 b = string.gsub(a,"one","another")
3 print(a)
4 print(b)
    /> lua d:/test.lua   
    one string
    anotner string

Lua支持和C语言类似的字符转义序列，见下表：

在Lua中还可以通过[[ all strings ]]的方式来禁用[[ ]]中转义字符，如：
    page = [[ <html> <head> <title> An Html Page </title> </head> ]]
    如果两个方括号中包含这样的内容：a = b[c[i]]，这样将会导致Lua的误解析，因此在这种情况下，我们可以将其改为[===[ 和 ]===]的形式，从而避免了误解析的发生。
    Lua提供了运行时的数字与字符串的自动转换。如：
 

代码如下:

> print("10" + 1)
    11
    > print("10 + 1")
    10 + 1

如果在实际编程中，不希望两个数字字符串被自动转换，而是实现字符串之间的连接，可以通过" .. "操作符来完成。如：
 

代码如下:

> print(10 .. 20)
    1020

注意..和两边的数字之间必须留有空格，否则就会被Lua误解析为小数点儿。
    尽管Lua提供了这种自动转换的功能，为了避免一些不可预测的行为发生，特别是因为Lua版本升级而导致的行为不一致现象。鉴于此，还是应该尽可能使用显示的转换，如字符串转数字的函数tonumber()，或者是数字转字符串的函数tostring()。对于前者，如果函数参数不能转换为数字，该函数返回nil。如：

代码如下:

line = io.read()
n = tonumber(line)
if n == nil then
    error(line .. " is not a valid number")
else
    print(n * 2)
end

关于Lua的字符串最后需要介绍的是"#"标识符，该标识符在字符串变量的前面将返回其后字符串的长度，如：

代码如下:

1 a = "hello"
2 print(#a)
    /> lua d:/test.lua
    5

    5. table(表)：

我们可以将Lua中table类型视为“关联数组”，如C++标准库中的map，差别是Lua中table的键(key)可以为任意类型(nil除外)，而map中的键只能为模参类型。此外，table没有固定的大小，可以动态的添加任意数量的元素到一个table中。table是Lua中最主要数据结构，其功能非常强大，可用于实现数组、集合、记录和队列数据结构。以下为table的变量声明，以及关联数据的初始化方式：

代码如下:

a = {}              -- 创建一个table对象，并将它的引用存储到a
k = "x"
a[k] = 10           -- 创建了新条目，key = "x", value = 10
a[20] = "great"     -- 新条目，key = 20， value = "great"
print(a["x"])
k = 20
print(a[k])         -- 打印great
a["x"] = a["x"] + 1
print(a["x"])       -- 打印11

所有的table都可以用不同类型的索引来访问value，当需要容纳新条目时，table会自动增长。

代码如下:

a = {}
for i = 1, 100 do
    a[i] = i * 2
end
print(a[9])
a["x"] = 10
print(a["x"])
print(a["y"])      --table中的变量和全局变量一样，没有赋值之前均为nil。

--输出结果为
--18
--10
--nil

在Lua中还提供了另外一种方法用于访问table中的值，见如下示例：

代码如下:

a.x = 10      --等同于a["x"] = 10
print(a.x)    --等同于print(a["x"])
print(a.y)    --等同于print(a["y"])

对于Lua来说，这两种方式是等价的。但是对于开发者而言，点的写法隐式的将table表示为记录，既C语言中的结构体。而之前讲述的字符串表示法则意味着任何字符串均可作为table的key。
    如果需要将table表示为传统的数组，只需将整数作为table的key即可。如：

代码如下:

a = {}
for i = 1,10 do
    a[i] = i * 2
end

for i = 1,10 do
    print(a[i])
end

在Lua中，我通常习惯以1作为数组索引的起始值。而且还有不少内部机制依赖于这个惯例。如：

代码如下:

a = {}
for i = 1,10 do
    a[i] = i * 2
end

for i = 1,#a do
    print(a[i])
end

由于数组实际上仍为一个table，所以对于数组大小的计算需要留意某些特殊的场景，如：

代码如下:

a = {}
    a[1000] = 1

在上面的示例中，数组a中索引值为1--999的元素的值均为nil。而Lua则将nil作为界定数据结尾的标志。当一个数组含有“空隙”时，即中间含有nil值，长度操作符#会认为这些nil元素就是结尾标志。当然这肯定不是我们想要的结果。因此对于这些含有“空隙”的数组，我们可以通过函数table.maxn()返回table的最大正数索引值。如：

代码如下:

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

    6. function(函数)：
    在Lua中，函数可以存储在变量中，可以通过参数传递其它函数，还可以作为其它函数的返回值。这种特性使语言具有了极大的灵活性。

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

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