Lua 標準庫精華：數學、表、字符串、I/O 四大核心庫實戰速查

Lua 輕量級核心只提供基礎語法，**標準庫**才是實戰開發的利器。本文精選四大最高頻庫 (math, table, string, io)，提煉 30+ 核心 API，附帶實戰代碼片段、常見坑點、性能提示，作為開發時的「隨身速查表」。

1. math 庫：數學運算工廠

三角函數 (弧度制！)

math.sin(x), math.cos(x), math.tan(x)
math.asin(x), math.acos(x), math.atan(x), math.atan2(y, x)
-- 角度↔弧度
math.rad(deg)   -- 角度→弧度
math.deg(rad)   -- 弧度→角度
print(math.sin(math.rad(30)))  -- 0.5

取整與隨機

math.floor(x)  -- 向下取整 (≤x 最大整數)
math.ceil(x)   -- 向上取整 (≥x 最小整數)
math.max(...), math.min(...)  -- 多參數極值

-- 偽隨機數 (確定性種子)
math.randomseed(os.time())  -- **啟動時調用一次**
math.random()          -- [0,1) 均勻浮點
math.random(n)         -- [1,n] 整數
math.random(m, n)      -- [m,n] 整數

⚠️ **每次循環調用 `math.randomseed(os.time())` 會導致同秒內生成相同序列！** 僅在程序啟動初始化一次。

其他常用

math.sqrt(x), math.pow(x, y), math.exp(x), math.log(x)  -- 自然對數
math.abs(x), math.fmod(x, y)  -- 浮點取模
math.huge, math.pi  -- 常量

2. table 庫：數組操作專家 (僅針對「序列部分」 1..#t)

插入/刪除 (自動移動元素，維護連續性)

local t = {10, 20, 30}
table.insert(t, 40)        -- 尾部插入 → {10,20,30,40}
table.insert(t, 2, 15)     -- 位置 2 插入 → {10,15,20,30,40}

table.remove(t)            -- 刪除並返回最後 → 40, t={10,15,20,30}
table.remove(t, 1)         -- 刪除並返回位置 1 → 10, t={15,20,30}

**棧/隊列一行實現**：push=table.insert, pop=function(t) return table.remove(t) end。

排序 (原地、不穩定)

local t = {20, 10, 2, 3, 4, 89, 20, 33}
table.sort(t)  -- 升序
-- 降序
table.sort(t, function(a, b) return a > b end)

鍵排序陷阱與正解

-- ❌ 錯誤：table.sort 只能排「數組」(連續整數鍵)，不能直接排 map 的 keys
local map = {x=20, z=10, y=30}
table.sort(map)  -- 無效！map 無序列部分

-- ✅ 正確：提取 keys 到數組，排序數組，再遍歷
local keys = {}
for k in pairs(map) do keys[#keys+1] = k end
table.sort(keys)
for _, k in ipairs(keys) do print(k, map[k]) end

連接 (高效字符串拼接)

local t = {"Jelly", "Think", "Is", "Good"}
local s = table.concat(t, " ")  -- "Jelly Think Is Good"
-- 可選參數：table.concat(t, sep, start, end)

3. string 庫：字符串處理核心 (所有函數返回**新字符串**，原串不變)

基礎操作

string.len(s) / #s          -- 長度
string.rep(s, n)            -- 重複 n 次
string.lower(s), string.upper(s)  -- 大小寫轉換
string.sub(s, i, j)         -- 子串 [i, j]，**1-based，負索引從尾部倒數**
-- 示例
string.sub("[Jelly Think]", 2, -2)  -- "Jelly Think" (去首尾括號)
string.sub("abcdef", 2, 4)          -- "bcd"

字符/編碼轉換

string.char(97, 98, 99)  -- "abc" (ASCII 碼→字符)
string.byte("abc", 1, 2) -- 97, 98 (字符→ASCII 碼，可指定范圍)
string.byte("abc", -1)   -- 99 (最後一個)

格式化 (C 風格，極其強大)

string.format("%.2f%%", 99.987)  -- "99.99%"
string.format("%04d-%02d-%02d", 2024, 1, 15)  -- "2024-01-15"
-- 格式符同 C printf：%d %f %s %x %q (Lua 轉義字符串) 等

模式匹配 (類正則，輕量) — 核心函數

string.find(s, pattern [, init [, plain]])  -- 返回起止位置
string.match(s, pattern [, init])           -- 返回捕獲組
string.gmatch(s, pattern)                   -- 返回迭代器函數
string.gsub(s, pattern, repl [, n])         -- 替換，返回新串+替換次數
-- 模式字符：. %a %d %w %s  (字母/數字/字母數字/空白)
-- 魔法字符：() . % + - * ? [ ] ^ $  需 % 轉義
-- 捕獲：() 內容可在 repl 中用 %1 %2 引用

4. I/O 庫：文件與標準流

簡單模型 (隱式當前輸入/輸出文件)

io.input("data.txt")   -- 設置當前輸入文件
io.output("out.txt")   -- 設置當前輸出文件
local line = io.read() -- 讀一行 (默認 "*l")
io.write("Hello")      -- 寫入當前輸出
io.close()             -- 關閉當前文件

完整模型 (顯式文件句柄，面向對象風格) — 推薦

local f = assert(io.open("data.txt", "r"))  -- 打開只讀
for line in f:lines() do print(line) end    -- 迭代器逐行讀
f:close()

local f = assert(io.open("out.txt", "w"))
f:write("Hello\n")
f:flush()  -- 強制刷新緩衝區
f:close()

常用讀取模式

標準流

io.stdin, io.stdout, io.stderr  -- 預定義文件句柄
io.read()        -- 等價 io.stdin:read()
io.write("log")  -- 等價 io.stdout:write("log")

避坑速查表