Table 数据结构

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2023-12-01

Lua中的table不是一种简单的数据结构，它可以作为其它数据结构的基础。如数组、记录、线性表、队列和集合等，在Lua中都可以通过table来表示。

(1) 数组：

使用整数来索引table即可在Lua中实现数组。因此，Lua中的数组没有固定的大小，如：

a = {}
for i = 1, 1000 do
	a[i] = 0
end
print("The length of array 'a' is " .. #a)
--The length of array 'a' is 1000

在Lua中，可以让任何数作为数组的起始索引，但通常而言，都会使用1作为其起始索引值。而且很多Lua的内置功能和函数都依赖这一特征，因此在没有充分理由的前提下，尽量保证这一规则。下面的方法是通过table的构造器来创建并初始化一个数组的，如：

squares = {1, 4, 9, 16, 25}

(2) 二维数组：

在Lua中我们可以通过两种方式来利用table构造多维数组。其中，第一种方式通过“数组的数组”的方式来实现多维数组的，即在一维数组上的每个元素也同样为table对象，如：

mt = {}
for i = 1, N do
    mt[i] = {}
    for j = 1, M do
        mt[i][j] = i * j
    end
end

第二种方式是将二维数组的索引展开，并以固定的常量作为第二维度的步长，如：

mt = {}
for i = 1, N do
    for j = 1, M do
        mt[(i - 1) * M + j] = i * j
    end
end

(3) 链表：

由于table是动态的实体，所以在Lua中实现链表是很方便的。其中，每个结点均以table来表示，一个“链接”只是结点中的一个字段，该字段包含对其它table的引用，如：

list = nil
for i = 1, 10 do
    list = { next = list, value = i}
end

local l = list
while l do
    print(l.value)
    l = l.next
end

(4) 队列与双向队列：

在Lua中实现队列的简单方法是使用table库函数insert和remove。但是由于这种方法会导致后续元素的移动，因此当队列的数据量较大时，不建议使用该方法。下面的代码是一种更高效的实现方式，如：

List = {}

function List.new()
    return {first = 0, last = -1}
end

function List.pushFront(list, value)
    local first = list.first - 1
    list.first = first
    list[first] = value
end

function List.pushBack(list, value)
    local last = list.last + 1
    list.last = last
    list[last] = value
end

function List.popFront(list)
    local first = list.first
    if first > list.last then
        error("List is empty")
    end
    local value = list[first]
    list[first] = nil
    list.first = first + 1
    return value
end

function List.popBack(list)
    local last = list.last
    if list.first > last then
        error("List is empty")
    end
    local value = list[last]
    list[last] = nil
    list.last = last - 1
    return value
end

(5) 集合和包(Bag)：

在Lua中用table实现集合是非常简单的，见如下代码：

reserved = { ["while"] = true, ["end"] = true, ["function"] = true, }
if not reserved["while"] then
    --do something
end

在Lua中我们可以将包(Bag)看成MultiSet，与普通集合不同的是该容器中允许key相同的元素在容器中多次出现。下面的代码通过为table中的元素添加计数器的方式来模拟实现该数据结构，如：

function insert(bag, element)
    bag[element] = (bag[element] or 0) + 1
end

function remove(bag, element)
    local count = bag[element]
    bag[element] = (count and count > 1) and count - 1 or nil
end

(6) StringBuilder：

如果想在Lua中将多个字符串连接成为一个大字符串的话，可以通过如下方式实现，如：

local buff = ""
for line in io.lines() do
    buff = buff .. line .. "\n"
end

上面的代码确实可以正常的完成工作，然而当行数较多时，这种方法将会导致大量的内存重新分配和内存间的数据拷贝，由此而带来的性能开销也是相当可观的。事实上，在很多编程语言中String都是不可变对象，如Java，因此如果通过该方式多次连接较大字符串时，均会导致同样的性能问题。为了解决该问题，Java中提供了StringBuilder类，而Lua中则可以利用table的concat方法来解决这一问题，见如下代码：

local t = {}
for line in io.lines() do
    t[#t + 1] = line .. "\n"
end
local s = table.concat(t)

--concat方法可以接受两个参数，因此上面的方式还可以改为：
local t = {}
for line in io.lines() do
    t[#t + 1] = line
end
local s = table.concat(t,"\n")