Lua 巢狀迴圈語法與範例：for、while、repeat-until 多層嵌套詳解

前言

Lua 支援多種迴圈結構，且允許任意類型迴圈相互嵌套（for 在 while 中、while 在 repeat 中等）。本文詳細說明三種迴圈的巢狀語法與實用範例。

巢狀迴圈語法模板

1. 巢狀 for 迴圈

for init1, limit1, step1 do
    for init2, limit2, step2 do
        -- 內層迴圈主體
        statement(s)
    end
    -- 外層迴圈主體（內層結束後）
    statement(s)
end

2. 巢狀 while 迴圈

while condition1 do
    while condition2 do
        statement(s)
    end
    statement(s)
end

3. 巢狀 repeat-until 迴圈

repeat
    statement(s)
    repeat
        statement(s)
    until condition2
until condition1

關鍵特性

• 任意組合：外層 for 可嵌套內層 while，反之亦然；repeat 同理。
• 變數作用域：迴圈變數（如 for 的控制變數）在迴圈結束後自動釋放，不洩漏到外部。
• break 機制：break 僅跳出 最內層 迴圈，若需跳出多層需配合標記變數或 goto（Lua 5.2+）。

實戰範例：尋找 2~100 以內的質數

-- 使用巢狀 for 迴圈實作試除法
print("2 到 100 的質數：")
for i = 2, 100 do
    local isPrime = true
    -- 內層迴圈檢測因數，只需檢查到 sqrt(i)
    for j = 2, math.floor(math.sqrt(i)) do
        if i % j == 0 then
            isPrime = false
            break -- 跳出內層迴圈
        end
    end
    if isPrime then
        io.write(i .. " ")
    end
end
print() -- 換行

-- 輸出：2 3 5 7 11 13 17 19 23 29 31 37 41 43 47 53 59 61 67 71 73 79 83 89 97

進階範例：九九乘法表

print("九九乘法表：")
for i = 1, 9 do
    for j = 1, i do
        io.write(string.format("%dx%d=%2d  ", j, i, i*j))
    end
    print() -- 每行結束換行
end

while 版質數篩選（埃拉托斯特尼篩法簡化版）

local limit = 100
local isPrime = {}
for i = 2, limit do isPrime[i] = true end

local i = 2
while i * i <= limit do
    if isPrime[i] then
        local j = i * i
        while j <= limit do
            isPrime[j] = false
            j = j + i
        end
    end
    i = i + 1
end

print("質數列表：")
for i = 2, limit do
    if isPrime[i] then io.write(i .. " ") end
end

repeat-until 特性示範

-- repeat-until 至少執行一次，適合「先做後判斷」場景
local sum = 0
local n = 1
repeat
    sum = sum + n
    n = n + 1
until n > 10
print("1+2+...+10 = " .. sum) -- 55

-- 巢狀 repeat：輸出三角形圖案
local row = 1
repeat
    local col = 1
    repeat
        io.write("*")
        col = col + 1
    until col > row
    print()
    row = row + 1
until row > 5

效能與風格建議

• 優先使用 for：計數迴圈語意最清晰，效能最佳（JIT 優化友善）。
• 避免過深嵌套：超過 3 層建議拆分函式，降低認知負荷。
• 局部變數：迴圈內頻繁使用的值儲存為 local，減少全域表查找開銷。
• break 優化：內層迴圈盡早 break，避免無效迭代。

總結

Lua 的巢狀迴圈語法靈活、類型可混合，核心在於理解各迴圈的終止條件與 break 的作用範圍。實務開發中，配合 local 變數與適當演算法（如篩法優於試除法），能編寫高效且可維護的迴圈邏輯。