Lua数据结构

table表是Lua中唯一的数据结构，其他语言所提供的数据结构如数组arrays、记录records、列表lists、队列queues、集合sets等，在Lua中都是通过table实现的。

在C或 Passcal中会使用数组arrays列表和lists（record+pointer）来实现大部分的数据结构，而在Lua中不仅可以用table完成同样的功能，而且table的功能更加强大。通过使用table很多算法的实现都简化了，比如在 Lua中很少需要自己去实现一个搜索算法，因为table本身就提供这样的功能。

表

Lua中表table本质上类似"HashMap"，表元素由键值对"Key-Value"组成，类似iOS中的字典NSDictionary。

访问表table中的元素时，会触发Lua的查找机制，Lua的面向对象就是凭借此机制实现的。

Lua查找一个表元素时的规则步骤：

1. 在表table中查找

• 若找到则返回该元素
• 若找不到则继续查找

2. 判断表中是否存在元表metatable

• 若无则返回nil
• 有则继续查找

3. 判断元表中有无__index()

• 若__index()为nil则返回nil
• 若__index()是一个表则重复上诉1、2、3。
• 若__index()是一个函数，则返回该函数的返回值。

元表

Lua中的变量是没有数据类型的，而值是由类型的，其数据类型有8种：nil、number、boolean、string、function、thread、userdata、table。

元表metatable是表table预定义的一系列操作，Lua中的每个值都有或可以有一个元表metatable，但table和userdata可以拥有独立的metatable，其他类型的值只能共享其类型所属的metatable。

Lua中的每个值都可以有一个元表metatable，这个元表就是一个普通的Lua表，它用来定义原始值的在特定操作下的行为。例如，当对非数字值做加操作时，Lua会检查该值的元表中__add域下的函数。如果存在则调用此函数来完成这个操作。

元表中的键对应着不同的事件名称，键所关联的值被称为元方法，如上例中引用的事件为add，完成加操作的那个函数就是加方法。

Lua中的每个值都有一套预定义的操作集合，如数字相加，字符串相连等。所以，在Lua中任何变量都有一个元表。

Lua的表中可以访问对应key的value值，但却无法对两个表进行操作。因此提供了元表，允许改变表的行为，每个行为关联了对应的原方法。元表也是一个表，有助于改变它连接到一个**集和相关的原方法的帮助下表的行为。而对于两个表类型，则不能进行加法操作。

• 添加或更改功能，以运算符表。
• 查看元表：当钥匙不在使用，__index元素中表可用。

每个表都可以附加元素，元表是带有索引集合的表，可改变被附加表的行为。

setmetatable

• 元表metatable即元素列表，是表table的一个备查找的元素列表。
• 当在表table中查找不到要访问的元素时会到metatable中进行查找。
• 表的metatable可通过setmetatable来进行设置。
• Lua在新建table的时候是不会创建metatable的，需要使用setmetatable来设置。
• setmetatable的参数可以是任意table，包括要赋值的table本身。

-- 替换表的元表，对指定表设置元表，若元表中存在__metatable键值，setmetatable会失败。
setmetatable(table, metatable)

-- 获取任何值的元表，查看变量是否具有元表，nil表示没有设置元表。
getmetatable(table)

-- 示例
t = {}
mt = {}
setmetatable(t, mt)
getmetatable(t) -- 返回mt


function class(base)
  -- 建立空表，其元表的索引值为base，由于setmetatable会返回第一个参数，所以该函数返回空表{}。
  return setmatable({}, {
    __index = base,
    __call = _instantiate
  })
end

在Lua中，不可以改变表以外其他类型的值的元表，除非使用调试库。若要改变非表类型的值的元表，可使用C API。

数组

在Lua中通过整数下标访问表中的元素即可简单的实现数组，数组不必事先指定大小，因为它的大小随需邀动态的增长。实际上在初始化数组时就间接的定义了数组的大小。

local arr = {}
for i=-100,100 do 
  arr[i] = i
end
print(arr[0]) -- nil
print(arr[1]) -- -100
print(arr[101]) -- nil

Lua表作为数组，可通过table下标访问元素。然而Lua中习惯下标从1开始，Lua的标准库与此惯例保持一致。

另外，也可以用构造器在创建数组时同时对其进行初始化。

arr = {10, 92, 4}
arr[1] = 100
print(arr[1]) -- 100

矩阵和多维数组

Lua中有两种表示矩阵的方法，第一种是用数组的数组表示，也就是说一个表的元素是另一个表。

local matrix = {}
for i=1,10 do
    matrix[i] = {}
    for j=1,10 do
        matrix[i][j] = i*j
    end
end

print(table.concat(matrix[1], ","))

由于Lua中的table是一个对象，所以对于每一行必须显式的创建一个table，这看起来比C或pascal显得冗余，另一方面也提供了更多的灵活性。

arr = {{10, 31, 3}, {90, 3, 81}, {41, 24, 10}}
print(arr[1])

第二种表示矩阵的方法是将行和列组合起来，若索引下标都是整数，通过第一个索引乘于一个常量（列）再加上第二个索引。

local matrix = {}

local n = 10
local m = 10
for i=1,n do
    for j=1,m do
        matrix[i*m +j] = 0
    end
end

如果索引都是字符串的话，可用一个单字符将两个字符串索引连接起来构成一个单一的索引下标。

例如：一个矩阵matrix，索引下标为x和y，假定x和y都不包含冒号，代码为matrix[x..':'..y]，若x或y包含冒号将导致混淆，当对这种情况有疑问的时候可使用控制字符来连接两个索引字符串，比如\0。

数组

链表

Lua中很容易实现链表，一个节点可用table表示，并且用一个域表示指针，指向下一个节点。

例如：要实现一个只有两个域（值和指针）的基本链表

-- 根节点
list = nil
-- 在链表头部插入一个值为v的节点
list = {next = list, value = v}
-- 遍历链表
local l = list
while l do
  print(l.value)
  l = l.next
end

链表

local tbl = {10, 20, 30, 40, 50}

-- 链表
local linkedList = nil
for i=1, #tbl do
    linkedList = {
        data = tbl[i],
        next = linkedList
    }
end

print(linkedList.data) --50
print(linkedList.next.data)--40
print(linkedList.next.next.data)--30

-- 迭代器
function iterator(tbl, node)
    if node==nil then
        return tbl
    else
        return node.next
    end
end
function ipairLinkedList(tbl)
    return iterator, tbl, nil
end
for item in ipairLinkedList(tbl) do
    print(item.data)
end

队列和双端队列

虽然可以使用Lua的table库提供的insert和remove操作来实现队列，但这种方式实现的队列针对大数据量时效率太低，有效的方式是使用两个索引下标，一个表示第一个元素，另一个