Lua5.1参考手册：深入理解编程语法与机制

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"Lua5.1参考手册，由Roberto Ierusalimschy, Luiz Henrique de Figueiredo, Waldemar Celes撰写，云风翻译，版权属于Lua.org, PUC-Rio。该手册详细介绍了Lua编程语言的各个方面，包括语言的基本概念、语法、类型、变量、语句、表达式、元表、环境、垃圾收集、协同例程以及C程序接口等。" Lua是一种轻量级的脚本语言，主要特点是简洁、高效和可扩展。在Lua5.1中，语言的核心概念包括： 1. **词法约定**：Lua的源代码由一系列的词法单元构成，包括标识符、关键字、数字、字符串、符号等。它的语法简洁明了，易于阅读和理解。 2. **值与类型**：Lua是动态类型的，这意味着变量没有固定类型，而是值有类型。支持的类型包括nil、boolean、number、string、table、function、userdata和thread。其中，table是Lua的通用数据结构，可以用来实现数组、哈希表等。 3. **变量**：Lua使用`local`关键字声明局部变量，未声明的变量默认为全局。变量是弱引用的，没有显式的`var`声明。 4. **语句**：包括chunk（语句组）、块、赋值、控制结构（如if、while、repeat-until、for、break、return）、for循环、函数调用和局部变量声明。 5. **表达式**：Lua的表达式涵盖了数学运算、比较、逻辑运算、连接、取长度、优先级、table构造、函数调用和函数定义。例如，数学运算包括加减乘除和指数运算；比较操作符支持等于、不等于、小于、大于等；逻辑操作符包括and和or。 6. **元表（Metatable）**：元表是Lua中的一个重要特性，允许用户自定义对象的行为。通过元表，可以实现如方法调用、重载算术操作等自定义行为。 7. **环境（Environment）**：Lua中的函数都有自己的环境，用于存储局部变量和向上查找全局变量。环境可以被修改，从而实现闭包和模块化。 8. **垃圾收集**：Lua自动管理内存，采用引用计数和可达性分析的垃圾收集策略。元方法可以控制垃圾收集的行为，而弱表则允许创建不会阻止垃圾收集的对象引用。 9. **Coroutine（协同例程）**：Lua支持协同例程，这是一种轻量级的并发机制，可以在单线程中实现多个逻辑流的交替执行。 10. **C程序接口（API）**：Lua提供了一套C API，允许C/C++程序与Lua交互，包括管理堆栈、创建和调用函数、处理错误、内存分配、垃圾收集控制等功能。这个手册详细地阐述了这些概念，并提供了丰富的示例，是学习和使用Lua5.1的重要参考资料。通过深入学习，开发者可以充分利用Lua的灵活性和强大功能来编写高效、可维护的脚本。

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2.4.4 - 控制结构

if、 while、以及 repeat 这些控制结构符合通常的意义，而且也有类似的语法：

stat ::= while exp do block end

stat ::= repeat block until exp

stat ::= if exp then block {elseif exp then block} [else block] end

Lua 也有一个 for 语句，它有两种形式（参见 § 2.4.5）。

控制结构中的条件表达式可以返回任何值。 false 和 nil 两者都被认为是假条件。所有不同于 nil 和 false 的

其它值都被认为是真（特别需要注意的是，数字 0 和空字符串也被认为是真）。

在 repeat – until 循环中，内部语句块的结束点不是在 until 这个关键字处，它还包括了其后的条件表达式。

因此，条件表达式中可以使用循环内部语句块中的定义的局部变量。

return 被用于从函数或是 chunk（其实它就是一个函数）中返回值。函数和 chunk 可以返回不只一个值，

所以 return 的语法为

stat ::= return [explist1]

break 被用来结束 while、 repeat、或 for 循环，它将忽略掉循环中下面的语句段的运行：

stat ::= break

break 跳出最内层的循环。

return 和 break 只能被写在一个语句块的最后一句。如果你真的需要从语句块的中间 return 或是 break ，

你可以使用显式的声名一个内部语句块。一般写作 do return end 或是 do break end，可以这样写是因为

现在 return 或 break 都成了一个语句块的最后一句了。

2.4.5 - For 语句

for 有两种形式：一种是数字形式，另一种是一般形式。

数字形式的 for 循环，通过一个数学运算不断的运行内部的代码块。下面是它的语法：

stat ::= for Name ‘=´ exp ‘, ´ exp [‘, ´ exp] do block end

block 将把 name 作循环变量。从第一个 exp 开始起，直到第二个 exp 的值为止，其步长为第三个 exp 。更确切的

说，一个 for 循环看起来是这个样子

for v = e1, e2, e3 do block end

这等价于代码：

local var, limit, step = tonumber(e1), tonumber(e2), tonumber(e3)

if not (var and limit and step) then error() end

while (step > 0 and var <= limit) or (step <= 0 and var >= limit) do

local v = var

2.4.6 - 把函数调用作为语句段

为了允许使用可能的副作用，函数调用可以被作为一个语句段执行：

stat ::= functioncall

在这种情况下，所有的返回值都被舍弃。函数调用在 § 2.5.8 中解释。

2.4.7 - 局部变量声名

局部变量可以在语句块中任何地方声名。声名可以包含一个初始化赋值操作：

stat ::= local namelist [‘=´ explist1]

如果有的话，初始化赋值操作的行为等同于赋值操作（参见 § 2.4.3）。否则，所有的变量将被初始化为 nil。

一个 chunk 同时也是一个语句块（参见 § 2.4.1），所以局部变量可以放在 chunk 中那些显式注明的语句块之

外。这些局部变量的作用范围从声明起一直延伸到 chunk 末尾。

局部变量的可见规则在 § 2.6 中解释。

2.5 - 表达式

Lua 中有这些基本表达式：

exp ::= preﬁxexp

exp ::= nil | false | true

exp ::= Number

exp ::= String

exp ::= function

exp ::= tableconstructor

exp ::= ‘... ´

exp ::= exp binop exp

exp ::= unop exp

preﬁxexp ::= var | functioncall | ‘(´ exp ‘) ´

数字和字符串在 § 2.1 中解释；变量在 § 2.3 中解释；函数定义在§ 2.5.9 中解释；函数调用在 § 2.5.8 中解释；

table 的构造在§ 2.5.7 中解释；可变参数的表达式写作三个点 (’...’) ，它只能被用在有可变参数的函数中；这

些在 § 2.5.9 中解释。

二元操作符包含有数学运算操作符（参见 § 2.5.1），比较操作符（参见§ 2.5.2），逻辑操作符（参见 § 2.5.3），

以及连接操作符（参见§ 2.5.4）。一元操作符包括负号（参见 see § 2.5.1），取反 not（参见 § 2.5.3），和取长度

操作符（参见§ 2.5.5）。

函数调用和可变参数表达式都可以放在多重返回值中。如果表达式作为一个独立语句段出现（参见 § 2.4.6）

（这只能是一个函数调用），它们的返回列表将被对齐到零个元素，也就是忽略所有返回值。如果表达式用于表达

式列表的最后（或者是唯一）的元素，就不会有任何的对齐操作（除非函数调用用括号括起来）。在任何其它的情

况下，Lua 将把表达式结果看成单一元素，忽略除第一个之外的任何值。

这里有一些例子：

f() -- 调整到 0 个结果

g(f(), x) -- f() 被调整到一个结果

g(x, f()) -- g 被传入 x 加上所有 f() 的返回值

a,b,c = f(), x -- f() 被调整到一个结果（ c 在这里被赋为 nil ）

a,b = ... -- a 被赋值为可变参数中的第一个，

-- b 被赋值为第二个（如果可变参数中并没有对应的值，

-- 这里 a 和 b 都有可能被赋为 nil）

a,b,c = x, f() -- f() 被调整为两个结果

a,b,c = f() -- f() 被调整为三个结果

return f() -- 返回 f() 返回的所有结果

return ... -- 返回所有从可变参数中接收来的值

return x,y,f() -- 返回 x, y, 以及所有 f() 的返回值

{f()} -- 用 f() 的所有返回值创建一个列表

{...} -- 用可变参数中的所有值创建一个列表

{f(), nil} -- f() 被调整为一个结果

被括号括起来的表达式永远被当作一个值。所以， (f(x,y,z)) 即使 f 返回多个值，这个表达式永远是一个单一

值。（(f(x,y,z)) 的值是 f 返回的第一个值。如果 f 不返回值的话，那么它的值就是 nil 。）

2.5.1 - 数学运算操作符

Lua 支持常见的数学运算操作符：二元操作 + （加法）， - （减法），* （乘法），/ （除法）， % （取模），以

及 ˆ （幂）；和一元操作 - （取负）。如果对数字操作，或是可以转换为数字的字符串（参见 § 2.2.1），所有这些

操作都依赖它通常的含义。幂操作可以对任何幂值都正常工作。比如， xˆ(-0.5) 将计算出 x 平方根的倒数。取

模操作被定义为

a % b == a - math.ﬂoor(a/b)*b

这就是说，其结果是商相对负无穷圆整后的余数。（译注：负数对正数取模的结果为正数）

2.5.2 - 比较操作符

Lua 中的比较操作符有

== ~= < > <= >=

这些操作的结果不是 false 就是 true。

等于操作 (==) 首先比较操作数的类型。如果类型不同，结果就是 false。否则，继续比较值。数字和字符串

都用常规的方式比较。对象（table ，userdata ，thread ，以及函数）以引用的形式比较：两个对象只有在它们

指向同一个东西时才认为相等。每次你创建一个新对象（一个 table 或是 userdata ，thread 函数），它们都各不

相同，即不同于上次创建的东西。

你可以改变 Lua 比较 table 和 userdata 的方式，这需要使用 “eq” 这个原方法（参见§ 2.8）。

§ 2.2.1 中提及的转换规则并不作用于比较操作。所以， ”0”==0 等于 false，而且 t[0] 和 t[”0”] 描述的

是 table 中不同的域。

操作符 ∼= 完全等价于 (==) 操作的反值。

大小比较操作以以下方式进行。如果参数都是数字，那么就直接做数字比较。否则，如果参数都是字符串，就

用字符串比较的方式进行。再则，Lua 就试着调用 “lt” 或是 “le” 元方法（参见 § 2.8）。

2.5.3 - 逻辑操作符

Lua 中的逻辑操作符有 and, or, 以及 not。和控制结构（参见§ 2.4.4）一样，所有的逻辑操作符把 false 和

nil 都作为假，而其它的一切都当作真。

取反操作 not 总是返回 false 或 true 中的一个。与操作符 and 在第一个参数为 false 或 nil 时返回这第一个

参数；否则，and 返回第二个参数。或操作符 or 在第一个参数不为 nil 也不为 false 时，返回这第一个参数，否

则返回第二个参数。 and 和 or 都遵循短路规则；也就是说，第二个操作数只在需要的时候去求值。这里有一些

例子：

10 or 20 --> 10

10 or error() --> 10

nil or ”a” --> ”a”

nil and 10 --> nil

false and error() --> false

false and nil --> false

false or nil --> nil

10 and 20 --> 20

（在这本手册中， —> 指前面表达式的结果。）

2.5.4 - 连接符

Lua 中字符串的连接操作符写作两个点 (’..’)。如果两个操作数都是字符串或都是数字，连接操作将以§ 2.2.1

中提到的规则把其转换为字符串。否则，会取调用元方法 “concat” （参见§ 2.8）。

2.5.5 - 取长度操作符

取长度操作符写作一元操作 #。字符串的长度是它的字节数（就是以一个字符一个字节计算的字符串长度）。

table t 的长度被定义成一个整数下标 n 。它满足 t[n] 不是 nil 而 t[n+1] 为 nil；此外，如果 t[1] 为 nil

，n 就可能是零。对于常规的数组，里面从 1 到 n 放着一些非空的值的时候，它的长度就精确的为 n，即最后一

个值的下标。如果数组有一个 “空洞” （就是说，nil 值被夹在非空值之间），那么 #t 可能是指向任何一个是 nil

值的前一个位置的下标（就是说，任何一个 nil 值都有可能被当成数组的结束）。

2.5.6 - 优先级

Lua 中操作符的优先级写在下表中，从低到高优先级排序：

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