楊杰

(武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院電信學(xué)院，湖北 武漢 430074)

Lua
——以總統(tǒng)為名的移動(dòng)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言新貴

楊杰

(武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院電信學(xué)院，湖北 武漢 430074)

本文為移動(dòng)設(shè)備編程人員介紹了一種簡(jiǎn)單、輕量的編程語(yǔ)言——Lua，介紹了這種編程語(yǔ)言的來(lái)歷，詳細(xì)分析了Lua語(yǔ)言的編程特點(diǎn)，最后介紹了Lua語(yǔ)言在移動(dòng)設(shè)備開(kāi)發(fā)的應(yīng)用。

Lua；腳本語(yǔ)言

1．Lua簡(jiǎn)介

2014年3月，Tiobe公布了最新的編程語(yǔ)言前20位排行榜，和2012年榜單相比，Lua語(yǔ)言從21位升到19位有較大的升幅。

表1 2013年編程語(yǔ)言排行榜

Lua到底是什么編程語(yǔ)言呢?本文以Lua語(yǔ)言為主題，介紹這款以巴西總統(tǒng)的名字命名的移動(dòng)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言新貴。

1993年在巴西里約熱內(nèi)盧天主教大學(xué)(Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro in Brazil)誕生了一門編程語(yǔ)言，發(fā)明者是該校的三位研究人員，他們給這門語(yǔ)言取了個(gè)浪漫的名字——Lua，在葡萄牙語(yǔ)里代表美麗的月亮。事實(shí)證明它沒(méi)有糟蹋這個(gè)優(yōu)美的單詞，Lua語(yǔ)言正如它名字所預(yù)示的那樣成長(zhǎng)為一門簡(jiǎn)潔、優(yōu)雅且富有樂(lè)趣的語(yǔ)言，圖1為L(zhǎng)ua語(yǔ)言的標(biāo)識(shí)。

圖1Lua語(yǔ)言

當(dāng)初巴西里約熱內(nèi)盧天主教大學(xué)的師生為什么要給這款語(yǔ)言起名為“Lua”，很大程度上是向巴西著名政治家、前任總統(tǒng)路易斯·伊納西奧·盧阿·達(dá)席爾瓦致敬。盧阿總統(tǒng)是巴西歷史上學(xué)歷最低，但是支持率最高的總統(tǒng)，深受人民愛(ài)戴。作為巴西國(guó)家電子領(lǐng)域最重要的人才培養(yǎng)基地的里約熱內(nèi)盧天主教大學(xué)計(jì)算機(jī)研究生院把他們?cè)谟?jì)算機(jī)世界中最重要成就“Lua”語(yǔ)言與他們總統(tǒng)同名，可見(jiàn)他們對(duì)Lua語(yǔ)言給予了多么大的希望。

Lua從一開(kāi)始就是作為一門方便嵌入(其它應(yīng)用程序)并可擴(kuò)展的輕量級(jí)腳本語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)的，因此它一直遵從著簡(jiǎn)單、小巧、可移植、快速的原則，官方實(shí)現(xiàn)完全采用ANSI C編寫(xiě)，能以C程序庫(kù)的形式嵌入到宿主程序中。Lua的每個(gè)版本都保持著開(kāi)放源碼的傳統(tǒng)，不過(guò)各版采用的許可協(xié)議并不相同。自5.0版(最新版是5.2)開(kāi)始，由于采用的是著名的MIT許可協(xié)議，Lua在游戲開(kāi)發(fā)、機(jī)器人控制、分布式應(yīng)用、圖像處理、生物信息學(xué)等各種各樣的領(lǐng)域中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。其中尤以游戲開(kāi)發(fā)為最，許多著名的游戲，比如魔獸世界、博德之門、憤怒的小鳥(niǎo)、大話西游，都采用了Lua來(lái)配合引擎完成數(shù)據(jù)描述、配置管理和邏輯控制等任務(wù)。

Lua是一個(gè)被設(shè)計(jì)成用于擴(kuò)展C/C++編程的輕量級(jí)腳本語(yǔ)言[3]，它的目標(biāo)是成為一個(gè)很容易嵌入其它語(yǔ)言中使用的語(yǔ)言。Lua讓C/C++編寫(xiě)的代碼調(diào)用Lua腳本，同時(shí)C/C++函數(shù)也能夠在Lua腳本中調(diào)用。與C/C++代碼的交互性，讓Lua在應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)中有著廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)。很多應(yīng)用程序使用Lua作為自己的嵌入式腳本語(yǔ)言，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)可配置性、可擴(kuò)展性。

2．Lua的特點(diǎn)

2．1 可以和C/C++語(yǔ)言集成

很多種語(yǔ)言包括Lisp、Scheme、Python、Perl、Bash、VBA、SQL等等，它們沒(méi)有一個(gè)可以像Lua那樣可以和C語(yǔ)言混合使用。C語(yǔ)言的API非常干凈和直觀，程序員花很短的時(shí)間就可以上手。

為什么這個(gè)特性很重要呢？首先，如果你有現(xiàn)成的C/ C++類庫(kù)，可以很容易地在Lua中調(diào)用這些API。或者也可以寫(xiě)一個(gè)腳本讓Lua在C中執(zhí)行。這也意味著Lua的程序不會(huì)有速度問(wèn)題。如果還是覺(jué)得Lua不夠快的話，可以用C完全重寫(xiě)這段代碼。雖然別的語(yǔ)言的程序也可以用C重寫(xiě)，但是還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)誰(shuí)能比Lua更方便地做到這一點(diǎn)。

可擴(kuò)展的Lua并不像其它許多“大而全”的語(yǔ)言那樣，包括很多功能，比如網(wǎng)絡(luò)通訊、圖形界面等。但是Lua提供了非常易于使用的擴(kuò)展接口和機(jī)制：由宿主語(yǔ)言(通常是C或C++)提供這些功能，Lua可以使用它們，就像是本來(lái)就內(nèi)置的功能一樣。

2．2 快速、簡(jiǎn)潔

相比于其它語(yǔ)言，Lua的實(shí)現(xiàn)是非常高效的。也許是因?yàn)長(zhǎng)ua使用的是“基于寄存器的虛擬機(jī)”，而不是基于堆棧的虛擬機(jī)。你幾乎不需要顧慮Lua代碼的性能問(wèn)題。

輕量級(jí)Lua語(yǔ)言的官方版本只包括一個(gè)精簡(jiǎn)的核心和最基本的庫(kù)。這使得Lua體積小、啟動(dòng)速度快，從而適合嵌入在別的程序里。5.0.2版的Lua的內(nèi)核小于120KB，而Python的內(nèi)核大約860KB，Perl的內(nèi)核大約1.1MB[4]。

Lua的語(yǔ)法類似PASCAL和Modula，但更加簡(jiǎn)潔，所有的語(yǔ)法產(chǎn)生式規(guī)則(EBNF)不過(guò)才60幾個(gè)。熟悉C和PASCAL的程序員一般只需半個(gè)小時(shí)便可將其完全掌握。而在語(yǔ)義上Lua則與Scheme極為相似，Scheme的continuation與協(xié)程也基本相同，只是自由度更高。最引人注目的是，兩種語(yǔ)言都只提供唯一一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：Lua的表和Scheme的列表(list)。正因?yàn)槿绱耍腥松踔练QLua為“只用表的Scheme”。

2．3 教育作用

雖然這不是一個(gè)編程語(yǔ)言的功能，但是使用Lua可以使得程序員對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)的整體了解有所提高，使程序員對(duì)虛擬機(jī)是如何實(shí)現(xiàn)的有了一個(gè)了解。這一切都得益于Lua有條不紊的改進(jìn)。

2．4 函數(shù)式編程

Lua提供了函數(shù)式編程的架構(gòu)，讓編程更加有趣。例如anonymous functions，higher order functions，lexical closures，proper tail calls等等。這些特性不是語(yǔ)言的一些語(yǔ)法糖，而是Lua從底層就整合了這些特性。比如說(shuō)，Lua的每一個(gè)方法都是一個(gè)值（比如數(shù)字2，或者字符串“ktr”），也就意味著每一個(gè)方法都是匿名的。你只要給它取個(gè)名字，然后你就可以調(diào)用它了。比如可以給print重新賦值：

print=math．sin

程序員可以利用這個(gè)功能創(chuàng)建沙箱。如果print是一個(gè)危險(xiǎn)的操作，可以替換成自己的print方法或者從全局中刪除這個(gè)方法。

2．5 任何東西都是一張表

在Lua中，任何一個(gè)變量類型都是一張表，例如Array，Hash，“module”或者全局變量等等。也就是說(shuō)你可以“require”一些模塊（類似Python的import語(yǔ)句）并且把結(jié)果當(dāng)作table來(lái)處理。在Python中，你可以__import__('．．．')一些模塊，然后返回值的變量就可以通過(guò)類似var(module)的方式來(lái)訪問(wèn)。在Lua中，你可以通過(guò)module[var]的方式來(lái)訪問(wèn)模塊中的變量。這里提到Python是為了強(qiáng)調(diào)不同之處，說(shuō)明Lua更容易使用。

2．6 一致性

Lua是非常一致的語(yǔ)言。它的很多功能都是做得恰到好處。比如說(shuō)，Lua沒(méi)有“for”循環(huán)。直到Lua 4．0，也就是Lua語(yǔ)言發(fā)布7年以后才有“for”循環(huán)。這是因?yàn)閣hile循環(huán)更為通用，而且語(yǔ)法更簡(jiǎn)潔。Lua的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較保守，他們不接受patch，所以Lua的進(jìn)化比較緩慢，但是比較平穩(wěn)。我們知道所有的功能都是有規(guī)劃的在進(jìn)行，也就意味著我們不能指望所期待的功能可以被很快地實(shí)現(xiàn)。

2．7 可移植性

Lua基本上可以在任何環(huán)境中運(yùn)行。Lua的代碼是按照“Clean ANSI C”的標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)的，所以如果你有一個(gè)C的運(yùn)行環(huán)境，你就可以運(yùn)行Lua。

3．Lua語(yǔ)言在移動(dòng)設(shè)備開(kāi)發(fā)中的成功

2011年一個(gè)小鳥(niǎo)保衛(wèi)鳥(niǎo)蛋的游戲——《憤怒的小鳥(niǎo)》讓Lua語(yǔ)言風(fēng)靡開(kāi)發(fā)者的世界。以快速小巧著稱的Lua擁有在目前所有腳本引擎中最快的運(yùn)行速度，這樣的特性讓Lua成為用作嵌入式腳本的最佳選擇。但是，Lua語(yǔ)言被人們所熟知還要追述到2010年喬布斯的蘋果將Lua語(yǔ)言引進(jìn)iOS平臺(tái)，直到現(xiàn)在已經(jīng)有很多iPhone的應(yīng)用寫(xiě)入到Lua中。而Lua語(yǔ)言憑借其代碼幾乎能在所有操作系統(tǒng)和移動(dòng)終端上編譯運(yùn)行的這一特性，不但可以在iOS這一移動(dòng)平臺(tái)開(kāi)發(fā)，同樣也可以在Android等其它平臺(tái)上開(kāi)發(fā)。有了Corona SDK以后Lua語(yǔ)言不但可以支持iOS，還可以支持Android平臺(tái)。以上這些原因使Lua語(yǔ)言在Tiobe編程語(yǔ)言排行榜上迅速攀升，成為移動(dòng)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的新貴。

4．總結(jié)

Lua是一種非常簡(jiǎn)單但是強(qiáng)大的編程語(yǔ)言。隨著應(yīng)用程序的需求不斷增加，程序員需要不斷改變程序的結(jié)構(gòu)。如今，許多程序員在用兩種不同的語(yǔ)言編程：一種是用于編寫(xiě)一個(gè)功能強(qiáng)大的“虛擬機(jī)”，另一種是用于基于單機(jī)的程序。Lua作為一種優(yōu)秀的編程語(yǔ)言，專為后者服務(wù)。Lua語(yǔ)言適用平臺(tái)小到PC-DOS大到CRAY大型機(jī)。它的語(yǔ)法簡(jiǎn)單、語(yǔ)義簡(jiǎn)單，是一種靈活的編程語(yǔ)言。

[1]TIOBE Programming Community Index．TIOBE Programming，2014．

[2]lua官方網(wǎng)站．

[3]LuaJIT 2．0正式版發(fā)布． Lua編譯器．中國(guó)Linux聯(lián)盟，2012．

[4]Paul Schuytema，Mark Manyen．Lua游戲開(kāi)發(fā)實(shí)踐指南（Game Development with Lua）[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013．

[5]姚蕾．基于LUA語(yǔ)言的趣味游戲設(shè)計(jì)[J]．?dāng)?shù)字技術(shù)與應(yīng)用.2013，(6)．

Lua——The Upstart Mobile Development Language In the Name of the President

Yang Jie
(Wuhan Polytechnic,Wuhan 430074,Hubei)

This article describes a kind of mobile device programmer language-Lua.Lua is simple and lightweight.This article describes its origin,and analyzes its programming features.Finally,it describes its application in mobile device development.

Lua；scripting language

楊杰，男，湖北潛江人，碩士，講師。研究方向：電子信息技術(shù)。