Lua Table 完全指南：概念、操作函數、數組/字典雙重性、弱引用與最佳實踐

前言

Table 是 Lua 唯一的結構化數據類型，同時扮演「數組」（整數鍵 1..n）與「字典/哈希表」（任意鍵）角色。本文系統講解 Table 創建、引用語義、標準庫操作函數（insert/remove/concat/sort）、元表機制、弱引用表、性能優化。

核心特性

• 動態大小：無需預分配，隨插入自動擴容。
• 鍵類型任意：除 nil/NaN 外任意值可作鍵。
• 引用語義：a = {}; b = a 指向同一底層結構，a = nil 不釋放內存，需無引用才被 GC 回收。
• 數組部分優化：連續整數鍵 1..n 存儲在緊湊數組中，O(1) 隨機訪問；雜湊部分存儲其餘鍵。

創建與基本操作

-- 字面量
local t1 = { "apple", "banana", "cherry" }        -- 陣列風格，鍵 1,2,3
local t2 = { name = "Bob", age = 30, [true] = 1 } -- 字典風格

-- 訪問
print(t1[1])      -- apple
print(t2.name)    -- Bob (語法糖)
print(t2["name"]) -- Bob

-- 動態增刪
t2.city = "Taipei"
t2.age = nil        -- 刪除鍵
t1[4] = "date"      -- 陣列擴展

標準庫 table.* 高頻函數

陣列與字典遍歷模式

-- 僅遍歷陣列部分（按順序）
for i = 1, #t do print(i, t[i]) end

-- 遍歷所有鍵值（順序不定）
for k, v in pairs(t) do print(k, v) end

-- 遍歷陣列部分（Lua 5.2+ 推薦）
for i, v in ipairs(t) do print(i, v) end

進階：元表與元方法

元表賦予 Table 行為擴展：

local mt = {
    __index = function(t, k) return "default_" .. k end, -- 缺失鍵回退
    __newindex = function(t, k, v) rawset(t, k, v*2) end, -- 賦值攔截
    __add = function(a, b) return setmetatable({a[1]+b[1]}, mt) end, -- 運算符重載
    __tostring = function(t) return "MyTable[" .. table.concat(t, ",") .. "]" end
}
local t = setmetatable({10, 20}, mt)
print(t[3])      -- default_3
t[4] = 5         -- 實際存 10
print(t + t)     -- MyTable[20,40]

弱引用表：緩存、觀察者模式利器

-- 鍵弱引用：鍵無強引用時自動移除條目
local cache = setmetatable({}, { __mode = "k" })
local key = {}
cache[key] = "data"
key = nil
collectgarbage() -- cache 現為空

-- 值弱引用：__mode = "v"
-- 鍵值均弱：__mode = "kv"

性能優化清單

1. 預分配陣列：local t = {}; for i=1,1e6 do t[i]=0 end 避免多次重哈希。
2. 避免混用整數/字符串鍵：導致數組部分退化為雜湊部分。
3. 熱路徑用局部變量緩存：local tinsert = table.insert。
4. 大表遍歷用 next 原生迭代器：for k,v in next, t do ... end 比 pairs 略快。

總結

Table 是 Lua 的「瑞士軍刀」。理解其 雙重存儲結構（數組+雜湊）、引用語義、元表擴展、弱引用機制，能寫出既簡潔又高效的代碼。標準庫 table.* 函數覆蓋 90% 操作需求，元表解決剩下 10% 的定制化行為。