Lua 学习笔记

最近要用到 Lua 编程语言，所以学习了一些简明教程，同时记录一下 Lua 编程语言相对于其他主流编程语言在语法上特殊的地方。其中，在 Lua 中使用Table数据结构实现“面向对象”编程是重点。

注释

-- 单行注释
--[[
块注释，有趣的是这个注释标记不是对称的
--]]

变量

1. 变量没有类型，值才有类型，也就是在声明变量的时候不需要声明变量的类型。
2. 数字只有 double 类型 。
3. 没有定义过的变量值为 nil。
4. 对于布尔类型，只有 nil 和 false 表示假，其他的值都为真。
5. 默认变量都是全局变量，局部变量需要加 local 关键字

操作符

1. Lua 中没有 ++ 和 += 这类的运算符
2. 不等于号是 ~=
3. 字符串链接符是 ..
4. 条件表达的“与”、“或”、“非”分别是and,or,not

控制语句

if-else 分支

i = 10
if i = 0 then
-- do something
elseif i > 5 and i < 10 then
-- do something
else
-- do something 
end

while 循环

i = 0
while i < 100 do
  -- do something
  i = i + 1
end

until 循环

sum = 2
repeat
  sum = sum ^ 2
until sum > 100

for 循环

for i=1, 100, 2 do
-- do something
end

函数

函数可以作为返回值返回

function add(x)
  return function(y) y + x end
end

addOne = add(1)
addOne(1) -- 2

可以返回多个值，同时默认为全局函数。

值得注意的是 Lua 的函数参数不支持默认值，这也为 Lua 程序的重构带来了一些麻烦。

Table

Table 是 Lua 中重要的数据结构，它是由一系列的 key-value 键值对组成。Lua 中的数组也是一种特殊的 Table，它下标从 1 开始，而且在一个数组中可以有不同类型的成员。

变量对于 Table 的引用是弱引用，也就是说 Table 是独立于变量存在的，只有当没有任何一个变量引用这个 Table 的时候，Lua 的垃圾回收机制才会把这个 Table 从内存中回收。这个特性对于在 Lua 中实现“面向对象”也很重要。

-- 定义和访问
person = {name = "jack", age =24}
person.name = "black"
person.age = 20

-- 另一种定义和访问
person2 = {['name']="green", ['age']=30}
person2['name'] = "tom"
person2['age'] = 10

-- 数组
arr = {1,2,3,4,5}
arr = {[1]=1,[2]=2,[3]=3,[4]=4,[5]=5} -- 与上面的定义等价

MetaTable 和 MetaMethod

Lua 中每个值都有一套预定义的操作集合，这个集合就是 MateTable ，MetaTable 中预定义的方法就是 MetaMethod。table和 userdata 有各自独立的 MetaTable，从而可以利用这一特性实现“面向对象”编程。而其他类型的值则共享属于该类型的一个 MetaTable。

面向对象

Lua 可以通过使用 Table 这种数据结构来实现面向对象编程。但是这种面向对象并不是基于类（Class）的，而是基于原型（prototype）的。这个原型就是我们定义好的一个 Table，其他对象就可以通过这个原型衍生出来。

定义原型

首先定义一个 Table 当作我们的原型，并定义一个成员变量

Account = { balance = 0 }

这样原型就定义好了，由于 Table 是独立于变量存在的， 只要不把 Account 变量设为 nil ，那么就这个原型就一直存在。在这个原型中有一个 balance 的成员变量。

定义成员方法

紧接上面的代码，我们可以定义一个成员方法

function Account.withdraw(self, v)
  self.balance = self.balance - v
end

其中 Account.withdraw 是一个语法糖， 相当于在 Account 的 Table 中定义了一个 withdraw 的字段，而它的内容就是一个方法，上面的写法等价于：

Account = {
  withdraw = function (self, v)
    self.balance = self.balance - v
  end 
}

在这个方法中使用了 self 关键字，它就是指这个 Table 本身，它有可能是这个原型，也可能是由这个原型衍生出的对象。

同时我们可以在定义成员方法时使用 : 语法糖，默认传入 self 提高编码效率。例如：

function Account:withdraw(v)
 self.balance = self.balance - v
end

生成对象

对象其实也是一个 Table , 只不过这个 Table 并不是空的，而是基于一个原型产生的。基于原型的 Table 就是利用上面的 MetaTable 来实现的。同样基于上面的代码实现一个产生基于 Account 原型的对象的方法new：

function Account:new(o)
  if o == nil then
    o = {}
  end
  
  setmetatable(o, self) -- 绑定原型

  self.__index = self --索引原型，方便使用点号

  return o
end

这个方法的关键就是在对象的 MetaTable 中添加了原型 Account。这样当我们要访问对象 o 这个中的某个未定义的字段时，Lua 就会去查找它的 MetaTable 中是否有这个字段，由于我们绑定了原型，这样就能找到原型中的这个字段。比如，我们并没有为 o 定义 withdraw 方法，所以当我们访问 o 的 withdraw 字段时，就会发现 o 本身的 Table 并没有这个字段，然后去查找它的 MetaTable，这样就能访问到原型，也就是 Account 的 withdraw 的实现。

派生

由原有的原型派生出新的原型在 Lua 中实现起来也不难，因为原型也是 Table， 我们只要为这个 Table 添加新的字段，或者为原有字段定义新的内容就行了，例如：

SpecialAccount = Account:new{limit = 100}

-- 重新定义 withdraw 方法
function SpecialAccount:withdraw(v)
  if v < self.limit then
    self.balance = self.balance - v
  end
end

在上面的代码中就从 Account 原型中派生出了一个新的原型，其中添加了一个新的limit成员变量和重新定义了withdraw成员方法。

参考资料

1. LUA简明教程
2. Lua 5.1 参考手册
3. Lua 程序设计