第四章：表与数组

表是Lua中最重要且唯一的数据结构，它可以用来实现数组、字典、对象等多种编程概念。本章将深入探讨表的各种用法和特性。

4.1 表的创建和访问

表是Lua中用于存储各种值的容器，类似于其他语言中的数组或字典。

创建表

使用花括号 {} 来创建表：

local emptyTable = {}
local simpleTable = {10, 20, 30}
local mixedTable = {10, "hello", true, {1, 2}}

你也可以使用键值对创建表：

local person = {
    name = "Alice",
    age = 30,
    ["favorite color"] = "blue"
}

访问表元素

有两种主要方式访问表元素：

使用点号（对于有效标识符的键）：

print(person.name)  -- 输出: Alice

使用方括号（适用于所有类型的键）：

print(person["age"])  -- 输出: 30
print(person["favorite color"])  -- 输出: blue

表的动态性质

表是动态的，你可以随时添加或删除元素：

person.job = "Engineer"  -- 添加新元素
person.age = nil  -- 删除元素

4.2 表作为数组

在Lua中，数组实际上就是以连续整数为键的表。

创建和使用数组

local fruits = {"apple", "banana", "orange"}
print(fruits[1])  -- 输出: apple（注意：Lua的数组索引默认从1开始）

获取数组长度

使用 # 操作符获取数组长度：

print(#fruits)  -- 输出: 3

处理稀疏数组

Lua允许创建"洞"在数组中，这称为稀疏数组：

local sparseArray = {1, nil, 3, 4}
print(#sparseArray)  -- 输出可能不如预期，因为nil值的存在

4.3 表的遍历技巧

使用 pairs() 遍历表

pairs() 函数用于遍历表的所有键值对：

for key, value in pairs(person) do
    print(key, value)
end

使用 ipairs() 遍历数组部分

ipairs() 函数用于遍历数组部分（连续的数字索引）：

for index, value in ipairs(fruits) do
    print(index, value)
end

自定义遍历顺序

如果你需要特定的遍历顺序，可以先收集和排序键：

local keys = {}
for k in pairs(person) do table.insert(keys, k) end
table.sort(keys)
for _, k in ipairs(keys) do
    print(k, person[k])
end

4.4 表操作函数

Lua提供了一些内置函数来操作表。

table.insert() 和 table.remove()

添加和删除元素：

table.insert(fruits, "grape")  -- 在末尾添加
table.insert(fruits, 2, "pear")  -- 在指定位置插入
local removed = table.remove(fruits)  -- 移除并返回最后一个元素
local removed2 = table.remove(fruits, 2)  -- 移除并返回指定位置的元素

table.sort()

对表进行排序：

table.sort(fruits)  -- 默认按字母顺序排序

-- 自定义排序
table.sort(fruits, function(a, b) return #a < #b end)  -- 按长度排序

table.concat()

连接数组元素：

local joined = table.concat(fruits, ", ")
print(joined)  -- 输出: apple, banana, orange, grape

4.5 元表基础

元表允许你自定义表的行为。

设置和获取元表

local t = {}
local mt = {}
setmetatable(t, mt)

local mt2 = getmetatable(t)
print(mt == mt2)  -- 输出: true

__index 元方法

__index 元方法用于查找不存在的键：

mt.__index = function(table, key)
    return "Not found: " .. key
end

print(t.foo)  -- 输出: Not found: foo

__newindex 元方法

__newindex 元方法用于拦截新索引的赋值：

mt.__newindex = function(table, key, value)
    print("Assigning", key, "=", value)
    rawset(table, key, value)
end

t.bar = 10  -- 输出: Assigning bar = 10

使用元表实现简单的面向对象编程

local function createPerson(name)
    local person = {name = name}
    local mt = {
        __index = {
            introduce = function(self)
                print("My name is " .. self.name)
            end
        }
    }
    setmetatable(person, mt)
    return person
end

local alice = createPerson("Alice")
alice:introduce()  -- 输出: My name is Alice

练习

创建一个表示学生的表，包含姓名、年龄和成绩。实现一个函数来计算所有学生的平均成绩。
实现一个简单的购物车系统，可以添加商品、移除商品、计算总价。
使用元表创建一个简单的向量类，支持向量加法和标量乘法。

通过本章的学习，你应该能够熟练使用Lua的表来组织和操作数据，这为后续更复杂的编程任务打下了基础。

在下一章中，我们将探讨Lua的模块和包管理系统。