Lua 程式設計/表示式

如前所述，表示式是具有值的程式碼片段，可以進行評估。它們不能直接執行（函式呼叫除外），因此，僅包含以下程式碼（由表示式組成）的指令碼將是錯誤的

3 + 5
-- The code above is erroneous because all it contains is an expression.
-- The computer cannot execute '3 + 5', since that does not make sense.

程式碼必須由一系列語句組成。這些語句可以包含表示式，這些表示式將是語句必須操作或用於執行指令的值。

本章中的一些程式碼示例不構成有效的程式碼，因為它們只包含表示式。在下一章中，將介紹語句，並且可以開始編寫有效的程式碼。

型別

評估表示式就是計算它以找到它的值。給定表示式評估到的值可能因上下文而異，因為它可能取決於環境和堆疊級別。這個值有時將是一個數字，有時是文字，有時是許多其他資料型別中的任何一個，這就是為什麼它被稱為具有型別。

在 Lua 中，以及在一般的程式設計中，表示式通常由一個或多個值和零個或多個運算子組成。某些運算子只能與某些型別一起使用（例如，試圖除文字是不合邏輯的，而除數字則有意義）。運算子有兩種：一元運算子和二元運算子。一元運算子是隻接受一個值的運算子。例如，一元運算子 - 只接受一個數字作為引數：-5、-3、-6 等。它接受一個數字作為引數並對該數字取反。然而，二元運算子 - 與之不同，它接受兩個值並將第二個值從第一個值中減去：5 - 3、8 - 6、4 - 9 等。

可以使用 type 函式以字串形式獲取數字的型別

print(type(32425)) --> number

數字

數字通常代表數量，但它們可以用於許多其他用途。Lua 中的數字型別在大多數情況下與實數相同。數字可以構造為整數、小數、小數指數，甚至以 十六進位制 形式。以下是一些有效的數字

• 3
• 3.0
• 3.1416
• 314.16e-2
• 0.31416E1
• 0xff
• 0x56

算術運算

Lua 中的數字運算子如下

操作	語法	描述	示例	結果
算術否定	-a	更改 a 的符號並返回該值	-3.14159
加法	a + b	返回 a 和 b 的總和	5.2 + 3.6	8.8
減法	a - b	從 a 中減去 b 並返回結果	6.7 - 1.2	5.5
乘法	a * b	返回 a 和 b 的乘積	3.2 * 1.5	4.8
指數運算	a ^ b	返回 a 的 b 次方，或 a 被 b 乘方的結果	5 ^ 2	25
除法	a / b	用 b 除以 a 並返回結果	6.4 / 2	3.2
向下取整除法	a // b	用 b 除以 a 並返回結果的整數部分	6.4 // 2	3
模運算	a % b	返回 a 被 b 除的餘數	5 % 3	2

您可能已經知道所有這些運算子（它們與基本數學運算子相同），除了最後一個。最後一個稱為模運算子，它簡單地計算一個數字被另一個數字除的餘數。例如，5 % 3 將返回 2 作為結果，因為 2 是 5 被 3 除的餘數。模運算子不像其他運算子那麼常見，但它有許多用途。

整數

在 Lua 5.3 中添加了數字的一個新子型別：整數。數字可以是整數或浮點數。浮點數類似於上面描述的數字，而整數是沒有任何小數部分的數字。浮點數除法 (/) 和指數運算始終將其運算元轉換為浮點數，而所有其他運算子如果其兩個運算元都是整數，則返回整數。在其他情況下，除了向下取整除法運算子 (//) 之外，結果將是浮點數。

Nil

Nil 是值 nil 的型別，其主要屬性是與任何其他值不同；它通常表示缺少有用的值。以下是一些具有 nil 值的事物的示例

• 您在為變數分配值之前訪問它們的變數的值
• 嘗試在變數作用域之外訪問變數時得到的值
• 表中任何未分配的鍵的值
• tonumber 返回的值，如果它無法將字串轉換為數字

更高階一點，有意分配 nil 值會刪除對變數或表的引用，並允許 垃圾收集器 重新分配其記憶體。

布林值

布林值可以是 true 或 false，但不能是其他值。在 Lua 中，它寫為 true 和 false，它們是保留關鍵字。重要的是要注意 nil 是一個不同的資料型別，如前所述。and、or、not() 通常與布林值相關聯，但可以在 Lua 中與任何資料型別一起使用。

操作	語法	描述
布林值否定	not a	如果 a 為 false 或 nil，則返回 true。否則，返回 false。
邏輯連線	a and b	如果第一個引數為 false 或 nil，則返回第一個引數。否則，返回第二個引數。
邏輯析取	a or b	如果第一個引數既不是 false 也不是 nil，則返回第一個引數。否則，返回第二個引數。

本質上，not 運算子只是對布林值取反（如果它是 true 則使其變為 false，如果它是 false 則使其變為 true），and 運算子如果兩者都為 true 則返回 true，否則返回 false，而 or 運算子如果其中任何一個引數為 true 則返回 true，否則返回 false。然而，這並不是它們的工作原理，因為它們的實際工作原理如上表所述。在 Lua 中，值 false 和 nil 在邏輯表示式中都被視為 false，而其他所有內容都被視為 true（即使是 0 和空字串）。

下一章中介紹的關係運算符 (<、>、<=、>=、~=、==) 不一定將布林值作為運算元，但始終會返回布林值作為結果。

這可能難以理解。為了更清楚地說明，以下是一些真值表或表示式-結果對。這裡 x 可以是 nil、true 或 false

表示式	結果
true and x	x
false and x	false
nil and x	nil
true or x	true
false or x	x
nil or x	x

這有點違反直覺，這意味著

表示式	結果
false and nil	false
nil and false	nil

此外，

表示式	結果
false == nil nil == false	false
nil and false	nil

表示式	結果
not(false) not(nil)	true
not(true)	false

字串

字串是字元的序列，可以用來表示文字。它們可以在 Lua 中用雙引號、單引號或長括號表示，這些在之前的關於註釋的部分中已經介紹過（需要注意的是，註釋和字串除了都可以用長括號分隔之外，沒有其他共同點，註釋需要在長括號前面加上兩個連字元）。沒有用長括號括起來的字串只持續一行。因此，要建立一個包含多行的字串而不用長括號，唯一的方法是使用轉義序列。這也是在某些情況下插入單引號或雙引號的唯一方法。轉義序列由兩部分組成：跳脫字元，在 Lua 中總是反斜槓 ('\')，以及一個標識要轉義的字元的識別符號。

Lua 中的轉義序列

轉義序列	描述
\n	換行符
\"	雙引號
\'	單引號（或撇號）
\\	反斜槓
\t	水平製表符
\###	### 必須是一個從 0 到 255 的數字。結果將是對應的ASCII字元。

當直接將字元放入字串會導致問題時，會使用轉義序列。例如，如果一個字串包含在雙引號中，並且必須包含雙引號，那麼就需要將字串包含在不同的字元中，或者對雙引號進行轉義。在用長括號分隔的字串中跳脫字元是不必要的，這對所有字元都適用。用長括號分隔的字串中的所有字元都將按原樣處理。% 字元在字串模式中用於轉義魔法字元，但術語轉義在另一種情況下使用。

"This is a valid string."

'This is also a valid string.'

"This is a valid \" string 'that contains unescaped single quotes and escaped double quotes."

[[
This is a line that can continue
on more than one line.

It can contain single quotes, double quotes and everything else (-- including comments). It ignores everything (including escape characters) except closing long brackets of the same level as the opening long bracket.
]]

"This is a valid string that contains tabs \t, double quotes \" and backlashes \\"

"This is " not a valid string because there is an unescaped double quote in the middle of it."

為了方便起見，如果一個開始的長字串括號緊跟著一個換行符，那麼這個換行符將被忽略。因此，以下兩個字串是等價的

[[This is a string
that can continue on many lines.]]

[[
This is a string
that can continue on many lines.]]

-- Since the opening long bracket of the second string is immediately followed by a new line, that new line is ignored.

可以使用一元長度運算子 ('#') 獲取字串的長度，以數字形式表示

print(#("This is a string")) --> 16

連線

在形式語言理論和計算機程式設計中，字串連線是指將兩個字元字串首尾相連的操作。例如，"snow" 和 "ball" 的連線結果是 "snowball"。

—維基百科， 連線

Lua 中的字串連線運算子用兩個點 ('..') 表示。下面是一個連線 "snow" 和 "ball" 並列印結果的例子

print("snow" .. "ball") --> snowball

這段程式碼將連線 "snow" 和 "ball" 並列印結果。

其他型別

Lua 中的四種基本型別（數字、布林值、nil 和字串）已經在之前的部分中介紹過，但還有四種類型沒有介紹：函式、表、userdata 和執行緒。函式是可以呼叫的程式碼片段，可以接收值並返回結果。表是可以用於資料操作的資料結構。userdata是在 Lua 嵌入的應用程式內部使用的，用於允許 Lua 透過應用程式控制的物件與該程式進行通訊。最後，執行緒由協程使用，協程允許多個函式同時執行。這些將在後面介紹，所以只需要記住還有其他的資料型別。

字面量

字面量是在原始碼中表示固定值的表示法。除了執行緒和 userdata 之外，所有值都可以用字面量在 Lua 中表示。字串字面量（計算結果為字串的字面量）例如，由字串必須表示的文字組成，這些文字包含在單引號、雙引號或長括號中。另一方面，數字字面量由它們用十進位制表示法（例如：12.43）、科學計數法（例如：3.1416e-2 和 0.31416E1）或十六進位制表示法（例如：0xff）表示的數字組成。

強制轉換

強制轉換是指將一種資料型別的值轉換為另一種資料型別的值。Lua 在字串和數字值之間提供了自動強制轉換。對字串應用的任何算術運算都將嘗試將該字串轉換為數字。相反，只要需要字串而使用的是數字，數字就會被轉換為字串。這適用於 Lua 運算子和預設函式（與語言一起提供的函式）。

print("122" + 1) --> 123
print("The number is " .. 5 .. ".") --> The number is 5.

數字到字串和字串到數字的強制轉換也可以使用 tostring 和 tonumber 函式手動完成。前者接受一個數字作為引數並將其轉換為字串，而後者接受一個字串作為引數並將其轉換為數字（可以在第二個引數中選擇一個與預設十進位制不同的基數）。

位運算

從 Lua 5.3 開始，提供了位運算子來對二進位制數字（位模式）進行運算。這些運算子不像其他運算子那樣經常使用，所以如果你不需要它們，可以跳過這一節。

Lua 中的位運算子始終對整數進行運算，如果需要會將運算元轉換為整數。它們也返回整數。

按位與運算（運算子為 &）對兩個二進位制表示形式的相同長度的每對位執行邏輯合取。例如，5 & 3 計算結果為 1。我們可以透過檢視這些數字的二進位制表示來解釋這一點（下標用於表示基數）

$(5)_{10}=(0101)_{2}$

$(3)_{10}=(0011)_{2}$

$(1)_{10}=(0001)_{2}$

如果 5 和 3 的二進位制表示中給定位置上的位都是 1（例如，最後一位），那麼結果中該位置上的位將是 1；在所有其他情況下，它將是 0。

按位或運算（運算子為 |）的工作原理與按位與相同，只是它在執行邏輯合取的地方執行邏輯析取。因此，5 | 3 將計算結果為 7

$(5)_{10}=(0101)_{2}$

$(3)_{10}=(0011)_{2}$

$(7)_{10}=(0111)_{2}$

在這裡，我們可以看到，只有當兩個運算元的二進位制表示在該位置上都為 0 位時，最終結果中該位置上的位才為 0。

按位異或運算（運算子為 ~）的工作原理與其他兩個運算子類似，但在給定位置上，只有當一個運算元的位為 1，而另一個運算元的位不為 1 時，最終位才為 1。

$(5)_{10}=(0101)_{2}$

$(3)_{10}=(0011)_{2}$

$(6)_{10}=(0110)_{2}$

這與前面的例子相同，但我們可以看到結果中的最後一位是 0 而不是 1，因為兩個運算元的最後一位都是 1。

按位取反運算（運算子為 ~）對唯一運算元的每一位執行邏輯否定，這意味著每個 0 都變成 1，每個 1 都變成 0。因此，~7 將計算結果為 -8

$(7)_{10}=(0111)_{2}$

$(8)_{10}=(1000)_{2}$

這裡，第一個位在結果中變為 1 是因為在運算元中它是 0，其他位變為 0 是因為它們都是 1。

除了這些按位運算子之外，Lua 5.3 還支援算術位移。左側的左移，運算子為<<，左側的說明是將所有位向左移動，移動的位數與第二個運算元對應。右側的右移，運算子為>>，右側的說明是相同方向的反向操作。

運算子優先順序

運算子優先順序在 Lua 中的工作方式與在數學中通常相同。某些運算子將在其他運算子之前計算，並且可以使用括號任意更改執行運算的順序。運算子計算的優先順序在下面的列表中，從最高優先順序到最低優先順序。其中一些運算子尚未討論，但它們都將在本書的某個時間點介紹。

1. 指數運算：^
2. 一元運算子：not, #, -, ~
3. 2 級數學運算子：*, /, //, %
4. 1 級數學運算子：+, -
5. 連線：..
6. 位移：<<, >>
7. 按位 AND：&
8. 按位 XOR：~
9. 按位 OR：|
10. 關係運算符：<, >, <=, >=, ~=, ==
11. 布林 AND：and
12. 布林 OR：or

測驗

您可以回答一些問題，以驗證您是否理解本章中的內容。請注意，找到某些問題的答案可能需要您擁有本章中未介紹的知識。這是正常的：測驗是學習體驗的一部分，它們可以介紹書中其他地方沒有的資訊。

1 print(type(type(5.2))) 將輸出什麼？

2 表示式0 or 8 將返回什麼？

	true
	false
	0
	8

3 哪些字串有效？

	"test's test"
	'test\'s test'
	"test"s test"
	'test"s test'
	"test\'s test"
	'test's test'

4 哪些表示式給出字串"1223"？

	"122" + 3
	"122" .. 3
	"12" + "23"
	12 .. 23

5 真或假？not 5^3 == 5

	true
	false