Lua 编程/表达式

如前所述，表达式是具有值的代码片段，可以进行评估。它们不能直接执行（函数调用除外），因此，仅包含以下代码（由表达式组成）的脚本将是错误的

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.

代码必须由一系列语句组成。这些语句可以包含表达式，这些表达式将是语句必须操作或用于执行指令的值。

本章中的一些代码示例不构成有效的代码，因为它们只包含表达式。在下一章中，将介绍语句，并且可以开始编写有效的代码。

类型

评估表达式就是计算它以找到它的值。给定表达式评估到的值可能因上下文而异，因为它可能取决于环境和堆栈级别。这个值有时将是一个数字，有时是文本，有时是许多其他数据类型中的任何一个，这就是为什么它被称为具有类型。

在 Lua 中，以及在一般的编程中，表达式通常由一个或多个值和零个或多个运算符组成。某些运算符只能与某些类型一起使用（例如，试图除文本是不合逻辑的，而除数字则有意义）。运算符有两种：一元运算符和二元运算符。一元运算符是只接受一个值的运算符。例如，一元运算符 - 只接受一个数字作为参数：-5、-3、-6 等。它接受一个数字作为参数并对该数字取反。然而，二元运算符 - 与之不同，它接受两个值并将第二个值从第一个值中减去：5 - 3、8 - 6、4 - 9 等。

可以使用 type 函数以字符串形式获取数字的类型

print(type(32425)) --> number

数字

数字通常代表数量，但它们可以用于许多其他用途。Lua 中的数字类型在大多数情况下与实数相同。数字可以构造为整数、小数、小数指数，甚至以 十六进制 形式。以下是一些有效的数字

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

算术运算

Lua 中的数字运算符如下

操作	语法	描述	示例	结果
算术否定	-a	更改 a 的符号并返回该值	-3.14159
加法	a + b	返回 a 和 b 的总和	5.2 + 3.6	8.8
减法	a - b	从 a 中减去 b 并返回结果	6.7 - 1.2	5.5
乘法	a * b	返回 a 和 b 的乘积	3.2 * 1.5	4.8
指数运算	a ^ b	返回 a 的 b 次方，或 a 被 b 乘方的结果	5 ^ 2	25
除法	a / b	用 b 除以 a 并返回结果	6.4 / 2	3.2
向下取整除法	a // b	用 b 除以 a 并返回结果的整数部分	6.4 // 2	3
模运算	a % b	返回 a 被 b 除的余数	5 % 3	2

您可能已经知道所有这些运算符（它们与基本数学运算符相同），除了最后一个。最后一个称为模运算符，它简单地计算一个数字被另一个数字除的余数。例如，5 % 3 将返回 2 作为结果，因为 2 是 5 被 3 除的余数。模运算符不像其他运算符那么常见，但它有许多用途。

整数

在 Lua 5.3 中添加了数字的一个新子类型：整数。数字可以是整数或浮点数。浮点数类似于上面描述的数字，而整数是没有任何小数部分的数字。浮点数除法 (/) 和指数运算始终将其操作数转换为浮点数，而所有其他运算符如果其两个操作数都是整数，则返回整数。在其他情况下，除了向下取整除法运算符 (//) 之外，结果将是浮点数。

Nil

Nil 是值 nil 的类型，其主要属性是与任何其他值不同；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

• 您在为变量分配值之前访问它们的变量的值
• 尝试在变量作用域之外访问变量时得到的值
• 表中任何未分配的键的值
• tonumber 返回的值，如果它无法将字符串转换为数字

更高级一点，有意分配 nil 值会删除对变量或表的引用，并允许 垃圾收集器 重新分配其内存。

布尔值

布尔值可以是 true 或 false，但不能是其他值。在 Lua 中，它写为 true 和 false，它们是保留关键字。重要的是要注意 nil 是一个不同的数据类型，如前所述。and、or、not() 通常与布尔值相关联，但可以在 Lua 中与任何数据类型一起使用。

操作	语法	描述
布尔值否定	not a	如果 a 为 false 或 nil，则返回 true。否则，返回 false。
逻辑连接	a and b	如果第一个参数为 false 或 nil，则返回第一个参数。否则，返回第二个参数。
逻辑析取	a or b	如果第一个参数既不是 false 也不是 nil，则返回第一个参数。否则，返回第二个参数。

本质上，not 运算符只是对布尔值取反（如果它是 true 则使其变为 false，如果它是 false 则使其变为 true），and 运算符如果两者都为 true 则返回 true，否则返回 false，而 or 运算符如果其中任何一个参数为 true 则返回 true，否则返回 false。然而，这并不是它们的工作原理，因为它们的实际工作原理如上表所述。在 Lua 中，值 false 和 nil 在逻辑表达式中都被视为 false，而其他所有内容都被视为 true（即使是 0 和空字符串）。

下一章中介绍的关系运算符 (<、>、<=、>=、~=、==) 不一定将布尔值作为操作数，但始终会返回布尔值作为结果。

这可能难以理解。为了更清楚地说明，以下是一些真值表或表达式-结果对。这里 x 可以是 nil、true 或 false

表达式	结果
true and x	x
false and x	false
nil and x	nil
true or x	true
false or x	x
nil or x	x

这有点违反直觉，这意味着

表达式	结果
false and nil	false
nil and false	nil

此外，

表达式	结果
false == nil nil == false	false
nil and false	nil

表达式	结果
not(false) not(nil)	true
not(true)	false

字符串

字符串是字符的序列，可以用来表示文本。它们可以在 Lua 中用双引号、单引号或长括号表示，这些在之前的关于注释的部分中已经介绍过（需要注意的是，注释和字符串除了都可以用长括号分隔之外，没有其他共同点，注释需要在长括号前面加上两个连字符）。没有用长括号括起来的字符串只持续一行。因此，要创建一个包含多行的字符串而不用长括号，唯一的方法是使用转义序列。这也是在某些情况下插入单引号或双引号的唯一方法。转义序列由两部分组成：转义字符，在 Lua 中总是反斜杠 ('\')，以及一个标识要转义的字符的标识符。

Lua 中的转义序列

转义序列	描述
\n	换行符
\"	双引号
\'	单引号（或撇号）
\\	反斜杠
\t	水平制表符
\###	### 必须是一个从 0 到 255 的数字。结果将是对应的ASCII字符。

当直接将字符放入字符串会导致问题时，会使用转义序列。例如，如果一个字符串包含在双引号中，并且必须包含双引号，那么就需要将字符串包含在不同的字符中，或者对双引号进行转义。在用长括号分隔的字符串中转义字符是不必要的，这对所有字符都适用。用长括号分隔的字符串中的所有字符都将按原样处理。% 字符在字符串模式中用于转义魔法字符，但术语转义在另一种情况下使用。

"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."

为了方便起见，如果一个开始的长字符串括号紧跟着一个换行符，那么这个换行符将被忽略。因此，以下两个字符串是等价的

[[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.

可以使用一元长度运算符 ('#') 获取字符串的长度，以数字形式表示

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

连接

在形式语言理论和计算机编程中，字符串连接是指将两个字符字符串首尾相连的操作。例如，"snow" 和 "ball" 的连接结果是 "snowball"。

—维基百科， 连接

Lua 中的字符串连接运算符用两个点 ('..') 表示。下面是一个连接 "snow" 和 "ball" 并打印结果的例子

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

这段代码将连接 "snow" 和 "ball" 并打印结果。

其他类型

Lua 中的四种基本类型（数字、布尔值、nil 和字符串）已经在之前的部分中介绍过，但还有四种类型没有介绍：函数、表、userdata 和线程。函数是可以调用的代码片段，可以接收值并返回结果。表是可以用于数据操作的数据结构。userdata是在 Lua 嵌入的应用程序内部使用的，用于允许 Lua 通过应用程序控制的对象与该程序进行通信。最后，线程由协程使用，协程允许多个函数同时运行。这些将在后面介绍，所以只需要记住还有其他的数据类型。

字面量

字面量是在源代码中表示固定值的表示法。除了线程和 userdata 之外，所有值都可以用字面量在 Lua 中表示。字符串字面量（计算结果为字符串的字面量）例如，由字符串必须表示的文本组成，这些文本包含在单引号、双引号或长括号中。另一方面，数字字面量由它们用十进制表示法（例如：12.43）、科学计数法（例如：3.1416e-2 和 0.31416E1）或十六进制表示法（例如：0xff）表示的数字组成。

强制转换

强制转换是指将一种数据类型的值转换为另一种数据类型的值。Lua 在字符串和数字值之间提供了自动强制转换。对字符串应用的任何算术运算都将尝试将该字符串转换为数字。相反，只要需要字符串而使用的是数字，数字就会被转换为字符串。这适用于 Lua 运算符和默认函数（与语言一起提供的函数）。

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

数字到字符串和字符串到数字的强制转换也可以使用 tostring 和 tonumber 函数手动完成。前者接受一个数字作为参数并将其转换为字符串，而后者接受一个字符串作为参数并将其转换为数字（可以在第二个参数中选择一个与默认十进制不同的基数）。

位运算

从 Lua 5.3 开始，提供了位运算符来对二进制数字（位模式）进行运算。这些运算符不像其他运算符那样经常使用，所以如果你不需要它们，可以跳过这一节。

Lua 中的位运算符始终对整数进行运算，如果需要会将操作数转换为整数。它们也返回整数。

按位与运算（运算符为 &）对两个二进制表示形式的相同长度的每对位执行逻辑合取。例如，5 & 3 计算结果为 1。我们可以通过查看这些数字的二进制表示来解释这一点（下标用于表示基数）

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

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

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

如果 5 和 3 的二进制表示中给定位置上的位都是 1（例如，最后一位），那么结果中该位置上的位将是 1；在所有其他情况下，它将是 0。

按位或运算（运算符为 |）的工作原理与按位与相同，只是它在执行逻辑合取的地方执行逻辑析取。因此，5 | 3 将计算结果为 7

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

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

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

在这里，我们可以看到，只有当两个操作数的二进制表示在该位置上都为 0 位时，最终结果中该位置上的位才为 0。

按位异或运算（运算符为 ~）的工作原理与其他两个运算符类似，但在给定位置上，只有当一个操作数的位为 1，而另一个操作数的位不为 1 时，最终位才为 1。

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

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

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

这与前面的例子相同，但我们可以看到结果中的最后一位是 0 而不是 1，因为两个操作数的最后一位都是 1。

按位取反运算（运算符为 ~）对唯一操作数的每一位执行逻辑否定，这意味着每个 0 都变成 1，每个 1 都变成 0。因此，~7 将计算结果为 -8

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

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

这里，第一个位在结果中变为 1 是因为在操作数中它是 0，其他位变为 0 是因为它们都是 1。

除了这些按位运算符之外，Lua 5.3 还支持算术位移。左侧的左移，运算符为<<，左侧的说明是将所有位向左移动，移动的位数与第二个操作数对应。右侧的右移，运算符为>>，右侧的说明是相同方向的反向操作。

运算符优先级

运算符优先级在 Lua 中的工作方式与在数学中通常相同。某些运算符将在其他运算符之前计算，并且可以使用括号任意更改执行运算的顺序。运算符计算的优先级在下面的列表中，从最高优先级到最低优先级。其中一些运算符尚未讨论，但它们都将在本书的某个时间点介绍。

1. 指数运算：^
2. 一元运算符：not, #, -, ~
3. 2 级数学运算符：*, /, //, %
4. 1 级数学运算符：+, -
5. 连接：..
6. 位移：<<, >>
7. 按位 AND：&
8. 按位 XOR：~
9. 按位 OR：|
10. 关系运算符：<, >, <=, >=, ~=, ==
11. 布尔 AND：and
12. 布尔 OR：or

测验

您可以回答一些问题，以验证您是否理解本章中的内容。请注意，找到某些问题的答案可能需要您拥有本章中未介绍的知识。这是正常的：测验是学习体验的一部分，它们可以介绍书中其他地方没有的信息。

1 print(type(type(5.2))) 将输出什么？

2 表达式0 or 8 将返回什么？

	true
	false
	0
	8

3 哪些字符串有效？

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

4 哪些表达式给出字符串"1223"？

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

5 真或假？not 5^3 == 5

	true
	false