水到渠成
Filling some Gaps
在前面的示例中，我们已经使用了 Lua 的大部分语法结构，但很容易遗漏一些细节。为了完整起见，本章将在本书第一部分的结尾，介绍更多有关这些语法结构的细节。
本地（局部）变量与代码块
默认情况下，Lua 中的变量是全局变量。所有局部变量，都必须被声明。与全局变量不同，局部变量的作用域，仅限于声明他的代码块。所谓 代码块，block，是指控制结构的主体，the body of a control structure、函数的主体，the body of a function或块，a chunk（声明变量的文件或字符串）：
x = 10
local i = 1 -- 相对这个块，chunk，是本地的
while i <= x do
local x = i * 2 -- 相对于这个 while 主体，是本地的
print(x)
i = i + 1
end
if i > 20 then
local x -- 相对于 then 这个主体，是本地的
x = 20
print(x + 2) -- （在 if 测试成功时，应打印出 22）
else
print(x) -- 10（全局的那个）
end
print(x) -- 10（全局的那个）
请注意，如果咱们以交互模式输入，最后一个示例将无法按预期工作。在交互模式下，每一行本身就是一个块（除非他不是一个完整的命令）。一旦咱们输入示例的第二行（local i = 1），Lua 就会运行他，并在下一行中开始一个新块。到那时，local 的声明已经超出了范围。为了解决这个问题，我们可以显式地分隔整个块，以关键字 do-end 将其括起来。一旦你输入了 do，命令只会在相应 end 处完成，故而 Lua 不会自己执行每一行。
当我们需要更精细地控制，某些局部变量的作用域时，这些 do 块也很有用：
local x1, x2
do
local a2 = 2*a
local d = (b^2 - 4*a*c)^(1/2)
x1 = (-b + d)/a2
x2 = (-b - d)/a2
end -- 'a2' 与 'd' 的作用域在这里结束
print(x1, x2) -- 'x1' 与 `x2` 仍在作用域中
尽可能使用局部变量，是一种良好的编程风格。局部变量以非必要的名字，避免了搞乱全局变量；他们还可以避免程序不同部分之间的名字冲突。此外，访问局部变量比访问全局变量更快。最后，一旦局部变量的作用域结束，他就会消失，从而允许垃圾回收器释放出他的值。
鉴于局部变量比全局变量“更好”，有人认为 Lua 应该默认使用局部变量。然而，默认使用局部变量，也有其自身的问题（例如，访问非局部变量的问题）。更好的方法，是不使用默认值，也就是说，所有变量都应在使用前声明。Lua 发行版自带了一个用于全局变量检查的模块 strict.lua；如果我们在某个函数中，试图给某个不存在的全局变量赋值，或者使用某个不存在的全局变量，他就会抛出错误。在开发 Lua 代码时，使用 strict.lua 这个全局变量检查模块，是个好习惯。
每个局部声明，都可以包含一个初始的赋值，其工作方式与传统的多重赋值相同：多余的值会被丢弃，多余的变量会得到 nil。如果某个声明没有初始赋值，那么他的所有变量，都将被初始化为 nil：
local a, b = 1, 10
if a < b then
print(a) --> 1
local a -- 这里 '= nil' 是隐式的
print(a) -- nil
end
print(a, b) --> 1 10
Lua 中一个常见的习惯用法是：
local foo = foo
此代码会创建出局部变量 foo，并用全局变量 foo 的值，对其进行初始化。（局部变量 foo 只有在声明 后 才可见。）对于加快对 foo 的访问速度，此习惯用法很有用。在即使后来其他函数，改变了全局变量 foo 的值，而仍要保修 foo 的原始值时，这种方法也很有用；特别是，他能使代码免受猴子修补，monkey patching，注 3的影响。任何以 local print = print 开头的代码，都将使用原始函数 print，即使 print 被猴子修补成了其他东西。
注 3：关于 “猴子修补”，参见 Wikipedia: Monkey patch。
一些人认为，在代码块中间使用声明，是一种不好的做法。恰恰相反：通过只有在需要时才声明变量，我们就很少需要在没有初始值的情况下，声明变量（因此我们也很少会忘记初始化变量）。此外，我们还缩短了变量的作用域，从而提高了可读性。
控制结构
Lua 提供了一小套常规的控制结构，其中 if 用于条件执行，而 while、repeat 和 for，用于迭代。所有控制结构的语法，都有明确的终止符：end 终止 if、for 和 while 结构；until 终止 repeat 结构。
控制结构的条件表达式，可以产生任何值。请记住，Lua 将不同于 false 和 nil 的所有值，都视为 true。(特别是，Lua 将 0 和空字符串，都视为 true。）
if-then-else
if 语句会测试其条件，并相应地执行 then 部分，then-part 或 else 部分，else-part。else 部分是可选的。
if a < 0 then a = 0 end
if a < b then return a else return b end
if line > MAXLINES then
showpage()
line = 0
end
要编写嵌套的 if，我们可以使用 elseif。他类似于一个 else 后面跟一个 if，但避免了多个 end 的需要：
if op == "+" then
r = a + b
elseif op == "-" then
r = a - b
elseif op == "*" then
r = a*b
elseif op == "/" then
r = a/b
else
error("invalid operation")
end
由于 Lua 没有 switch 语句，所以这种链条会比较常见。
while
顾名思义，while 循环，会在条件为真的情况下，重复其循环体，its body。通常，Lua 会首先测试 while 条件；如果条件为假，则循环结束；否则，Lua 会执行循环体，并重复循环过程。
local i = 1
while a[i] do
print(a[i])
i = i + 1
end
repeat-util
顾名思义，repeat-until 语句，会重复执行其主体，its body，直到条件为真。该语句是在循环体之后，进行测试，因此总是会至少执行一次循环体。
-- 打印出首个非空的输入行
local line
repeat
line = io.read()
until line ~= ""
print(line)
与大多数其他语言不同，在 Lua 中，循环内声明的局部变量的作用域，会将条件包含起来：
-- 使用 Newton-Raphson 方法，计算 'x' 的平方根
function NR_sqrt (x)
local sqrt = x / 2
repeat
sqrt = (sqrt + x/sqrt) / 2
local error = math.abs(sqrt^2 - x)
until error < x/10000 -- 循环体中的本地 'error' 变量，在这里仍然可见
return sqrt
end
数值的 for
Numerical for
for 语句有两个变体：数值的，numerical for 和 通用的，generic for。
数值的 for，有着以下语法：
for var = exp1, exp2, exp3 do
something
end
此循环将对 var，从 exp1 到 exp2 的每个值执行 something，将 exp3 用作递增 var 的 步长，step。其中第三个表达式是可选的；在没有第三个表达式时，Lua 将假定步长为 1。如果咱们想要一个没有上限的循环，可以使用常量 math.huge：
for i = 1, math.huge do
if (0.3*i^3 - 20*i^2 - 500 >=0) then
print(i)
break
end
end
for 循环有一些微妙之处，要很好地利用他，咱们就应掌握这些微妙之处。首先，在循环开始之前，所有三个表达式都要求值一次。其次，那个控制变量，是 for 语句自动声明的一个局部变量，只在循环内部才可见。典型的错误，便是假定了该变量，在循环结束后仍然存在：
for i = 1, 10 do print(i) end
max = i -- 可能就是错的了！
print(max) -- 这里将打印出 nil
在循环结束后（通常是在中断循环时），如果咱们需要那个控制变量的值，则必须将其，保存到另一变量中：
-- 找到列表中的某个值
a = {0, 1, 3, 5, 7, -1, 9, -13}
local found = nil
for i = 1, #a do
if a[i] < 0 then
found = i -- 保存 'i' 的值
break
end
end
print(found, a[found])
第三，咱们不应修改控制变量的值：这种修改的效果，是不可预测的。咱们如果想在 for 循环正常结束之前，结束他，可以使用 break（就像我们在上一示例中所做的那样）。
通用的 for
通用的 for 循环，会遍历某个迭代器函数所返回的值。我们已经看到过迭代器的一些例子，如 pairs、ipairs、io.lines 等。尽管表面上看似简单，但通用 for 功能强大。有了适当的迭代器，以可读方式，咱们几乎可以遍历任何东西。
当然，我们也可以编写自己的迭代器。虽然通用 for 的使用很简单，但编写迭代器函数，也有其微妙之处；因此，我们将在稍后的第 18 章 迭代器和通用 for 中，介绍这一主题。
与数值的 for 不同，通用的 for 可以有多个变量，每次迭代都会更新所有变量。循环会在第一个变量为 nil 时停止，the loop stops when the first variable gets nil。与数值循环一样，这些循环变量，是循环体的局部变量，咱们不应在每次迭代中，更改他们的值。
break、return 与 goto
通过 break 和 return 语句，我们可以跳出某个代码块。而通过 goto 语句，我们几乎可以跳转到，函数中的任何位置。
我们使用 break 语句，来结束某个循环。该语句会中断包含着他的内部循环，the inner loop（for、repeat 或 while），其不能在循环外部使用。在中断后，程序将从被中断的循环之后，紧接着的点，继续运行。
return 语句会返回函数的结果，或者简单地结束该函数。任何函数的结尾，都有一个隐式的返回语句，因此我们不需要为自然结束的函数，编写返回语句，因为这些函数不会返回任何值。
由于语法上的原因，return 只能作为代码块的最后一条语句出现：换句话说，只能作为代码块的最后一条语句，或者在 end、else 或 until 之前。例如，在下一示例中，return 便是其中 then 代码块的最后一条语句：
local i = 1
while a[i] do
if a[i] == v then return i end
i = i + 1
end
通常，我们会在这些地方，使用 return，因为 return 后面所跟的任何语句，都是无法执行的。但有时，在代码块中间，写一个 return，可能会很有用；例如，我们可能正在调试某个函数，并希望避免执行他。在这种情况下，我们可以在语句周围，使用一个显式 do-end 代码块：
function foo ()
return --<< 语法错误
-- 'return' 是下一代码块中的最后一个语句
do return end -- 没有问题
other statements
end
goto 语句会将程序的执行，跳转到某个相应的标签。关于 goto 语句的争论，由来已久，有些人甚至认为他对编程有害，应禁止在编程语言中使用。尽管如此，目前仍有几种语言，提供了 goto，这是有充分理由的。在小心使用时，他们是一种强大的机制，只会提高代码的质量。
在 Lua 中，goto 语句的语法非常传统：就是后面跟着标签名字的保留字 goto，标签名字可以是任何有效的标识符。而标签的语法，则比较复杂：其有着后面跟了标签名称的两个冒号，而标签名字后面，还有两个冒号，如 ::name::。这种复杂的语法是有意为之，目的是突出程序中的标签。
对于咱们能使用 goto 跳转的位置，Lua 有一些限制。首先，标签遵循了一般的可见性规则，the usual visibility rules，因此，我们不能跳转到代码块中，cannot jump into a block，（因为代码块中的标签，在代码块外是不可见的）。其次，我们不能跳出函数。(注意，第一条规则，就已经排除了，跳入函数的可能性。）第三，我们不能跳入某个局部变量的作用域，the scope of a local variable。
典型的、表现良好的 goto 用法，便是模拟一些咱们在其他语言中了解到的，却在 Lua 中没有的结构，例如 continue、多级中断，multi-level break、多级继续，multi-level continue、重做，redo、局部错误处理，local error handling 等。所谓 continue 语句，简单地说就是，跳转到循环代码块末尾的标签；而 redo 语句，则是跳转到循环代码块的起始位置：
while some_condition do
::redo::
if some_other_condition then goto continue
else if yet_another_condition then goto redo
end
some code
::continue::
end
Lua 规范中，有个有用的细节，即局部变量的作用域，会定义出该变量的代码块的，最后一条 非空 语句处结束，ends on the last non-void statement；而标签，就被视为空语句，void statements。要了解这一细节的用处，请看下个片段：
while some_condition do
if some_other_condition then goto continue end
local var = something
some code
::continue::
end
咱们可能会认为，这个 goto 跳转到了变量 var 的作用域内。但是， continue 标是出现在这个代码块的最后一个非空语句之后的，因此他不在 var 的作用域内。
goto 对于编写状态机，state machines，也很有用。例如，下图 8.1，“使用 goto 的状态机示例” 就给出了一个程序，该程序会检查其输入，是否有偶数个零。
图 8.1，使用 goto 的状态机示例
::s1:: do
local c = io.read(1)
if c == '0' then goto s2
elseif c == nil then print'ok'; return
else goto s1
end
end
::s2:: do
local c = io.read(1)
if c == '0' then goto s1
elseif c == nil then print'not ok'; return
else goto s2
end
end
goto s1
虽然有更好的方法，来编写这个特定程序，但如果我们想将有限自动机，a finite automaton，自动转化为 Lua 代码（想想动态代码生成，think about dynamic code generation），这种技巧还是很有用的。
再举一个简单的迷宫游戏，a simple maze game，为例。迷宫中有几个房间，每个房间最多有四个门：北门、南门、东门和西门。每走一步，用户都要输入一个移动方向。如果在这个方向上有一扇门，用户就会进入相应的房间；否则，程序会打印出告警信息。游戏目标，是从初始房间到最终房间。
这个游戏，就是一种典型的状态机，其中的当前房间，就是所谓的状态。用代码块表示各个房间，咱们就可以实现这个迷宫，而用 goto 从一个房间，移动到另一个房间。下图 8.2 “迷宫游戏”，给出了我们如何编写一个，有四个房间的小型迷宫。
图 8.2，迷宫游戏
goto room1 -- 初始房间
::room1:: do
local move = io.read()
if move == "south" then goto room3
elseif move == "east" then goto room2
else
print("Invalid move")
goto room1
end
end
::room2:: do
local move = io.read()
if move == "south" then goto room4
elseif move == "west" then goto room1
else
print("Invalid move")
goto room2
end
end
::room3:: do
local move = io.read()
if move == "north" then goto room1
elseif move == "east" then goto room4
else
print("Invalid move")
goto room3
end
end
::room4:: do
print("Congratulations, you won!")
end
对于这种简单游戏，咱们可能会发现，其中用表来描述房间和移动的数据驱动程序，a data-driven program，会是更好的设计。不过，如果在每个房间种，游戏都有几种特殊情形，那么这种状态机的设计，就非常合适了。
练习
练习 8.1：大多数有着类似 C 语法的语言，都没有提供 elseif 结构。为什么相比这些语言，Lua 更需要这种构造？
练习 8.2：请描述四种使用 Lua 语言，编写不带条件循环，an unconditional loop，的不同方法。你更喜欢哪一种？
练习 8.3：许多人认为，repeat-until 很少使用，因此不应该出现在像 Lua 这样的简约语言中。你怎么看？
练习 8.4：正如我们在 “正确的尾部调用” ，一节中所看到的尾部调用，就是变相的 goto。利用这一思想，请使用尾部调用，重新实现 break、return 和 goto 一节中，那个简单迷宫游戏。每个代码块都应成为一个新函数，而每个 goto 都应成为尾部调用。
练习 8.5：你能解释为什么 Lua 有 goto 不能跳出函数的限制吗？(提示：咱们应如何实现这一功能？）
练习 8.6：假设 goto 可以跳出函数，请解释下图 8.3 “goto 的一种奇怪（无效）用法” 中的程序会做什么。
图 8.3，goto 的一种奇怪（无效）使用
function getlabel ()
return function () goto L1 end
::L1::
return 0
end
function f (n)
if n == 0 then return getlabel()
else
local res = f(n - 1)
print(n)
return res
end
end
x = f(10)
x()
(要尝试使用局部变量用到同一作用域规则，the same scoping rules used for local variables，对标签进行推理。）