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Lua 循环（手把手讲解）

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前言

在编程的世界中，循环如同音乐中的重复旋律，是构建程序逻辑的核心工具之一。无论是处理大量数据、执行重复性任务，还是实现复杂的算法，Lua 循环都是开发者不可或缺的“瑞士军刀”。Lua 语言凭借其简洁优雅的语法，为循环机制提供了多种实现方式，既适合编程新手快速上手，也能满足中级开发者对灵活性与效率的需求。本文将从基础到进阶，结合生动的比喻与实际案例，带你全面理解 Lua 循环的奥秘。

一、循环的“守门人”：while 和 repeat-until

1.1 while 循环：条件为王

while 循环的运作逻辑如同一位严格的“守门人”——只有当条件为 true 时，才会允许循环体内的代码执行。其语法结构如下：

while 条件 do  
    -- 循环体  
end

案例 1：计算 1 到 10 的和：

local sum = 0  
local i = 1  
while i <= 10 do  
    sum = sum + i  
    i = i + 1  
end  
print("总和为：" .. sum)  -- 输出：总和为：55

关键点：while 的条件判断发生在循环体执行之前。若初始条件不满足，循环体将一次都不会执行。

1.2 repeat-until 循环：先执行，再检查

与 while 相反，repeat-until 循环更像是“先尝试开门，再检查钥匙是否匹配”的逻辑。它确保循环体至少执行一次，语法如下：

repeat  
    -- 循环体  
until 条件

案例 2：猜数字游戏（至少执行一次）：

local target = 42  
local guess  
repeat  
    print("猜一个 1-100 的数字：")  
    guess = tonumber(io.read()) or 0  
    if guess > target then  
        print("太大了！")  
    elseif guess < target then  
        print("太小了！")  
    end  
until guess == target  
print("恭喜你，猜对了！")

关键点：repeat-until 的条件判断在循环体之后，因此即使初始条件为 true，循环体仍会执行一次。

二、数值与泛型的“旅行者”：for 循环

2.1 标准 for 循环：数值范围的优雅遍历

Lua 的 for 循环专为数值迭代设计，语法简洁直观：

for 变量 = 初始值, 终止值, 步长 do  
    -- 循环体  
end

默认步长为 1，若需逆向遍历，可设置负数步长。

案例 3：倒计时程序：

for i = 10, 1, -1 do  
    print(i)  
    os.execute("sleep 1")  -- 假设系统支持 sleep 命令  
end  
print("发射！")

2.2 泛型 for 循环：表与字符串的遍历大师

当需要遍历表、字符串或用户自定义数据结构时，泛型 for 循环（以 in 关键字开头）展现了其强大之处：

for 变量1, 变量2, ... in 可迭代对象 do  
    -- 循环体  
end

案例 4：遍历表格的键值对：

local person = {name = "Alice", age = 30, city = "Beijing"}  
for key, value in pairs(person) do  
    print(key .. " = " .. value)  
end  
-- 输出：  
-- name = Alice  
-- age = 30  
-- city = Beijing

关键点：pairs() 函数用于遍历表的所有键值对，而 ipairs() 则针对数值索引的数组部分。

三、嵌套循环：俄罗斯套娃的逻辑之美

当多个循环相互嵌套时，它们会形成类似“俄罗斯套娃”的分层结构。例如，外层循环控制行，内层循环控制列，常用于处理二维数据或生成复杂模式。

案例 5：打印乘法表：

for i = 1, 9 do  
    for j = 1, i do  
        io.write(j .. "×" .. i .. "=" .. i*j .. "\t")  
    end  
    print()  -- 换行  
end

此案例中，外层循环 i 控制行数，内层循环 j 控制每行的列数，最终输出经典的九九乘法表。

四、循环控制：灵活的“紧急出口”与“传送门”

4.1 break：提前终止循环

当遇到特定条件时，break 语句如同按下“紧急停止”按钮，立即跳出当前循环。

案例 6：查找列表中的元素：

local fruits = {"apple", "banana", "orange", "grape"}  
for index, fruit in ipairs(fruits) do  
    if fruit == "orange" then  
        print("找到橘子，位置：" .. index)  
        break  
    end  
end

4.2 goto：跳转的“传送门”（慎用）

Lua 支持 goto 标签跳转，但需谨慎使用，因其可能破坏代码结构。

案例 7：跳转至循环外的标签：

for i = 1, 5 do  
    for j = 1, 5 do  
        if i * j > 10 then  
            goto end_loop  -- 跳出所有循环  
        end  
        print(i.."×"..j.."="..i*j)  
    end  
end  
::end_loop::

五、性能优化：让循环“减负”

5.1 避免循环内重复计算

将循环内的计算移到循环外，可显著提升效率。例如：

local max = 1000000  
local result = 0  
local factor = 2.5  -- 提前计算常量  
for i = 1, max do  
    result = result + (i * factor)  -- 避免每次循环计算 2.5*i  
end

5.2 提前终止循环

若目标在循环中途达成，应尽早使用 break，减少无意义的迭代。

5.3 减少函数调用

将函数调用移到循环外，或改用局部变量暂存结果，例如：

local math_sin = math.sin  -- 局部引用  
local sum = 0  
for i = 1, 1000 do  
    sum = sum + math_sin(i)  -- 避免每次循环查找全局 math.sin  
end

六、实战案例：斐波那契数列生成

问题：生成前 20 项斐波那契数列，要求输出格式为“第 N 项：数值”。

解决方案：

local a, b = 0, 1  
for i = 1, 20 do  
    print("第 " .. i .. " 项：" .. b)  
    a, b = b, a + b  -- 同时更新 a 和 b  
end

此案例通过 for 循环与元组赋值语法，高效实现了数列的迭代。

结论

Lua 循环如同编程中的“重复引擎”，通过 while、repeat-until、for 等结构，开发者可以灵活控制程序的执行流程。从基础循环到嵌套、控制语句，再到性能优化，掌握这些技巧能显著提升代码的效率与可读性。

对于编程新手，建议从简单案例入手，逐步尝试嵌套与控制逻辑；中级开发者则可深入探索泛型循环与性能优化的细节。记住：实践是掌握循环的唯一捷径。不妨现在就打开你的编辑器，用 Lua 循环解决一个真实问题吧！

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