Apa itu Lua: sejarah, desain, penggunaan dalam kehidupan nyata, dan fitur utama bahasa tersebut

Informatec Digital » idiom » Apa itu Lua: sejarah, desain, penggunaan dalam kehidupan nyata, dan fitur utama bahasa tersebut

Lua adalah salah satu bahasa yang mengejutkan dengan keseimbangannya: Kecil, cepat, dan dirancang untuk disematkan dalam aplikasi, namun cukup ekspresif untuk mencakup berbagai gaya pemrograman. Jika Anda ingin tahu apa sebenarnya itu, apa kegunaannya, dan mengapa begitu banyak alat memilihnya, berikut panduan praktis dan terdokumentasi dengan baik.

Sebelum masuk ke pokok bahasan, ada baiknya menyoroti dua gagasan utama: Lua lahir pada tahun 1993 di Brasil (PUC-Rio, grup TeCGraf) dengan tujuan menjadi ringan dan dapat diperluas, dan sejak versi 5.0 didistribusikan di bawah Lisensi MIT (sebelumnya lisensi tipe BSD). Eksekusinya tidak menafsirkan teks sumber secara langsung: dikompilasi menjadi bytecode dan menjalankannya di mesin virtualnya sendiri; selain itu, ada LuaJIT untuk kompilasi runtime.

Apa itu Lua dan dari mana asalnya?

Lua berarti “bulan” dalam bahasa Portugis dan diciptakan oleh Roberto Ierusalimschy, Luiz Henrique de Figueiredo, dan Waldemar Celes. Fokusnya sangat jelas sejak awal: menjadi bahasa yang dapat disematkan, portabel, dan minimalis, dengan sintaksis sederhana yang terinspirasi oleh C dan ide-ide yang mirip dengan Perl dalam hal ekstensibilitas. Selama bertahun-tahun, ia telah memantapkan dirinya sebagai mesin skrip untuk gim video, plugin, dan sistem tertanam.

Dari asalnya, Portabilitas telah menjadi obsesi: diimplementasikan di ISO C, dapat berjalan hampir di mana saja, mulai dari server besar hingga mikrokontroler dengan memori hanya beberapa ratus kilobyte. Versi-versi awal dilisensikan di bawah lisensi bergaya BSD, dan Dimulai dengan Lua 5.0, mereka menggunakan MIT, sepenuhnya kompatibel dengan GPL.

Filosofi dan desain: ringan, tersembunyi, dan multiparadigma

Lua memilih “sedikit bagian yang sangat kuat.” Beban konseptualnya dirangkum dalam tiga pilar: itu meja sebagai satu-satunya struktur data, fungsi sebagai warga negara kelas satu dan coroutine untuk kontrol aliran kooperatif. Dengan basis ini, pengguna sendiri dapat mengangkat modul, objek, lingkungan, dan abstraksi disesuaikan.

Hal ini sering digambarkan sebagai prosedural, tetapi mengadopsi secara alami gaya fungsional (penutupan, tatanan lebih tinggi), orientasi objek (melalui metatabel dan prototipe) dan pendekatan berorientasi data. Minimalismenya Itu tidak menyiratkan kekakuan: bahasa berkembang dan terbentuk dengan mendefinisikan ulang perilaku melalui metatabel.

Sintaks dan eksekusi penting

Di Lua, variabel tidak memiliki tipe statis; tipe tersebut dimiliki oleh nilai-nilai. Itu memiliki delapan tipe dasar: nol, boolean, jumlah, string, tabel, fungsi, data pengguna y benang (coroutine). Selain itu, mengakui adanya paksaan yang terkendali antara angka dan string pada waktu proses.

Bahasa diorganisasikan dalam potongan (potongan kode) yang diubah oleh kompiler menjadi fungsi anonim; ini membantu merangkum negara sekarang berjalan tanpa "magic global" yang tidak disengaja. Komentar ditandai dengan -- dan mendukung string literal dengan tanda kutip atau tanda kurung panjang; operator termasuk aritmatika, relasional, logika hubung singkat (and, or, not), penggabungan (..) dan panjang (#).

Mengenai kontrol aliran, kami menemukan if/elseif/else, while, repeat until (bodi bergaransi minimal satu kali) dan dua varian for: numerik (dengan awal, akhir dan langkah) dan generik (iterator seperti pairs o ipairs). Itu pernyataan lokal membatasi cakupan leksikal dan kembali memungkinkan beberapa nilai.

Tipe data dan pemaksaan

dengan desain, Lua diketik secara dinamisKonversi otomatis terjadi terutama antara string y jumlah dalam operasi aritmatika atau konteks teks. Kondisi tersebut hanya mempertimbangkan salah dan nol sebagai salah; semuanya lainnya benar (termasuk 0 dan string kosong).

Jenis kunci meliputi: tabel (kamus/array asosiatif), fungsi (nilai kelas satu), data pengguna (blok memori C) dan benang (koroutin). Tabelnya heterogen, mereka mendukung semua jenis kunci kecuali nol dan membentuk dasar struktur kompleks seperti daftar, rekaman, pohon atau matriks jarang.

Tabel dan metatabel: inti dari bahasa pemrograman

Tabel adalah satu-satunya struktur data dan digunakan untuk segalanya: dari array sederhana ({10,20,30}) ke katalog, objek, modul, dan lingkungan. Akses ke t y t.x setara ketika kuncinya adalah sebuah nama. Konstruktor dengan kurung kurawal memungkinkan ekspresi yang sangat kompak dari inisialisasi.

dengan metatabel se mendefinisikan ulang perilaku operator dan akses: __add, __eq, __lt, __concat, __len, __index, __newindex, __call, dll. Yang memungkinkan membebani penambahan, perbandingan, penggabungan, atau cara merespons akses ke kolom yang hilang, antara lain. Dengan demikian, Anda dapat membangun kelas bilangan kompleks, proxy, validator atau wrapper hanya dengan beberapa baris.

Modul dan lingkungan

Fungsi itu require memuat modul (sepotong yang, ketika dijalankan, biasanya mengembalikan tabel dengan fungsi dan konstanta). Secara internal, Lua mengkompilasi kode ke suatu fungsi dan mengeksekusinya di dalamnya lingkungan, mengembalikan hasilnya untuk digunakan kembali. Variabel global “ada” dalam tabel, dapat diakses sebagai _G dan, dalam versi yang lebih modern, melalui lingkungan fungsi yang terlihat (_ENV).

Arsitektur ini membuat ukuran binernya tetap kecil:Daripada memuat semuanya, setiap modul hanya mengekspos secukupnya dan pengembang memutuskan apa yang akan disertakan. Visibilitas leksikal dan pemisahan berdasarkan lingkungan meminimalkan efek samping antara bagian kode.

Fungsi, penutupan dan potongan

Di Lua, suatu fungsi adalah suatu nilai: ditetapkan ke variabel, diteruskan sebagai argumen, dan dikembalikan sebagai hasil. Tidak ada aritas yang kaku: Jika terlalu banyak argumen, argumen tersebut diabaikan; jika hilang, mereka diisi dengan nol. Bahkan potongan-potongan diperlakukan sebagai fungsi anonim, sehingga mudah merangkum keadaan lokal tanpa mencemari lingkungan global.

Sebagai gula sintaksis, operator : (titik dua) memungkinkan Anda untuk mendefinisikan dan memanggil “metode” dengan meneruskan self secara implisit: obj:metodo(x) sama dengan obj.metodo(obj, x). Penutupan Mereka menangkap nilai naik, yang merupakan dasar yang sangat kuat untuk membangun iterator, pabrik, dan API yang bersih.

Orientasi objek “cara Lua”

Meskipun tidak memiliki kelas seperti itu, Lua mengimplementasikan OOP menggunakan tabel dan metatabelPola yang paling umum digunakan __index Untuk mendelegasikan ke prototipe: Objek menyimpan statusnya dan mencari metodenya di "templat" (tabel prototipe). Konstruktor dapat dengan mudah menetapkan metatabel dan mengembalikan instans baru.

Menggabungkan konstruktor, __index dan sugar:, diperoleh OOP pragmatis: metode dengan self, pseudoinheritance (prototipe berantai), kemungkinan penimpaan dan komposisi fleksibelIni adalah pendekatan yang sederhana dan sangat efektif untuk plugin, game, atau skrip konfigurasi.

Coroutine: multitasking kooperatif

itu coroutine Mereka menawarkan kontrol aliran yang sangat baik: mereka dapat yield y resume pada titik-titik tertentu, menjaga baterai mereka. Mereka bekerja sebagai multi-threading kooperatif, ideal untuk logika permainan, sistem reaktif, perencana sederhana atau iterator malasSelain itu, mereka memungkinkan peralihan yang elegan antara Lua dan kode host (misalnya, C/C++).

Dalam istilah praktis, coroutine maju hingga menghasilkan, mengembalikan nilai kepada siapa pun yang melanjutkannya, dan kemudian melanjutkan tepat di tempat terakhirnya. Untuk tugas interaktif, AI berbasis status, atau simulasi, ini adalah alat yang sangat berharga karena biaya rendah dan kejelasan.

Perpustakaan dan Utilitas Standar

Lua dilengkapi dengan seperangkat pustaka standar yang ringkas namun sangat berguna: dasar (menegaskan, mengetik, memasangkan, mengharuskan…), string (pola, gsub, gmatch, format), tabel (masukkan, hapus, urutkan, gabungkan), matematika (trigonometri, eksponensial, acak), io (berkas), os (tanggal, lingkungan, proses) dan men-debug (kait, jejak, inspeksi). Mereka dirancang untuk memenuhi 80% kebutuhan nyata dengan jejak minimal.

Sistem pola tali menawarkan pencarian, penangkapan, dan penggantian yang kuat tanpa harus menggunakan ekspresi reguler penuh; dengan fitur seperti gmatch o gsub Sebagian besar kasus pemrosesan teks yang umum diselesaikan dengan cara yang sederhana. ringkas.

Tersemat dalam C/C++ dan API integrasi

Salah satu kelebihannya adalah API dalam CTuan rumah menciptakan lua_State, memuat potongan (lua_load), memanggil fungsi (lua_pcall untuk mengeksekusi dilindungi), register fungsi asli dapat diakses dari Lua dan memindahkan data melintasi tumpukan virtualAda utilitas untuk penanganan kesalahan, pengumpulan sampah, metatabel, dan “userdata” yang mengekspos struktur C-world.

Desain ini membuat Lua menjadi mesin skrip serba guna untuk aplikasi C/C++: logika didelegasikan ke Lua (mudah diulang dan diterapkan) dengan tetap menjaga kinerja inti asli. Ukurannya yang kecil (~25.000 baris implementasi C dan biner dalam urutan ratusan KB) membantu mengintegrasikannya. bahkan pada perangkat sederhana.

Lua dalam IoT dan mikrokontroler (ESP8266/NodeMCU)

Lua sangat cocok untuk IoT karena kesederhanaannya dan siklus pengembangannya yang cepat. NodeMCU untuk ESP8266 menawarkan firmware yang menjalankan Lua, dan dengan alat seperti Pengunggah Lua o ESPlorer Anda dapat mengunggah skrip, membuka konsol, menguji cuplikan, dan melakukan debug dengan cepat. File init.lua biasanya memulai logika perangkat (misalnya menyalakan LED atau mengonfigurasi GPIO).

Kemungkinan mengeksekusi bagian kode secara progresif, tanpa mengkompilasi ulang semuanya, membuatnya sangat nyaman untuk bereksperimen: mendeklarasikan variabel, membuat print(a+b), toggle pin, dll. Bagi yang datang dari Arduino, alur ini adalah tangkas dan didaktik, dan sering kali perubahan kecil sudah cukup untuk memindahkan skrip ke perangkat lain yang kompatibel.

Penggunaan penting dalam permainan video dan perangkat lunak

Terima kasih untuk ringan, kinerja, dan lisensi permisifLua adalah favorit di mesin dan mod. Platform seperti roblox Mereka telah mempromosikan varian khas (Luau); judul dan mesin seperti World of Warcraft, kotak pasir Garry's Mod (tentang Half-Life 2), RTS Panglima Tertinggi, bagian dari PENGUNTITPetualangan LucasArts seperti Grim Fandango y Pelarian dari Pulau Monyet, Cacing 4: Kekacauan, atau kerangka kerja seperti CINTA2D telah menunjukkan kekuatan mereka untuk skrip antarmuka, logika permainan, dan mod.

Juga muncul di MMO dan platform sebagai Tulang kering (dengan kustomisasi ekstensif bersama dengan XML), Ragnarok online (Homunculus AI), server dan tipe mod Multi Pencurian Otomatis: San Andreas o LimaM, permainan seperti Factorio (mod berbasis Lua), pagar tanaman, Transformasi, Minetest (membuat mod atau seluruh game), LangkahMania (animasi dan perintah), dan bahkan dalam judul seperti Binding Ishak: Kelahiran Kembali (DLC Afterbirth+ menambahkan dukungan mod Lua.)

Di bidang alat dan sistem, pengelola jendela sebagai ion y mengagumkan menggunakan Lua untuk mengkonfigurasi dan memperluas, sementara aplikasi seperti MESIN PENUAI, kotak batu atau DAW renovasi Mereka memanfaatkannya untuk skrip dan kustomisasi mendalam (API sendiri, OSC, MIDI, menu, jendela mengambang, terminal terintegrasi). Ini juga telah digunakan untuk proses input data, mengonfigurasi aplikasi, mengontrol perangkat keras, dan mengotomatiskan tugas.

Performa, implementasi, dan pengumpulan sampah

Lua mengkompilasi ke bytecode dan berjalan pada VM yang efisien; untuk skenario yang menuntut, LuaJIT menambahkan kompilasi runtime. Pengumpul sampah adalah tipe sapuan tanda inkremental, dapat dikonfigurasi (jeda dan pengganda langkah) dan mendukung finalizer (__gc) ayat data pengguna y tabel lemah (kunci/nilai yang tidak mencegah pembebasan memori).

Kombinasi ini kecepatan dan kontrol Hal ini menghasilkan latensi rendah yang dapat diterima untuk game, plugin, dan sistem tertanam. Ukurannya yang minimal memungkinkan penerapannya pada perangkat dengan sumber daya yang sangat terbatas tanpa meninggalkan bahasa ekspresif.

Perbandingan dan pembelajaran desain

Tidak seperti bahasa yang lebih berat, Lua mengutamakan ekonomi dan interoperabilitasIni tidak dimaksudkan untuk menggantikan Python atau JavaScript sebagai “ekosistem total”, melainkan menjadi pilihan terbaik ketika Mereka menyediakan kesederhanaan, portabilitas dan ekstensibilitas dalam C. Buku Pemrograman dalam Lua dan artikel teknis menyelidiki keputusan yang menjelaskan desainnya yang elegan.

Mereka yang berasal dari Pascal, C atau bahasa dengan sintaksis yang jelas menemukan kurva masuk yang mulus: blok dengan do ... end, kondisi yang dapat dibaca, 20 kata kunci yang terdefinisi dengan baik, dan pola local ayat membatasi efek samping“Perekatnya” dengan C dan semantik tabel yang fleksibel mendorong pembangunan dari bawah ke atas hanya apa yang diperlukan.

Kasus dan anekdot yang sering terjadi

Dalam portabilitas, Migrasikan aplikasi Lua antar sistem operasi biasanya memerlukan perubahan minimal. Pada konsol dan perangkat, ada build untuk PSP, Wii o SEGA Saturnus (dengan pustaka tertentu), dan komunitas homebrew yang telah menggunakan Lua untuk kesederhanaan.

Di server pribadi dan mod (misalnya, Tulang kering), orang menggunakan Lua untuk membuat sistem, skrip, dan ekstensi tingkat tinggi. Dan jika Anda bergerak di platform kreatif seperti Jumat Malam Funkin'Lua digunakan untuk mengubah HUD, modcharts dan dekorasi pemandangan, menunjukkan betapa serbagunanya untuk koreografi dinamis.

Kekuatan yang menjelaskan keberhasilannya

Ringan dan kecepatan: biner yang sangat kecil, penggunaan memori yang moderat, dan interpreter/VM yang efisien. Pada perangkat dengan sumber daya terbatas, penghematan ini sangat berpengaruh.

API C yang luar biasaMendaftarkan fungsi asli dan mengekspos struktur sangatlah mudah. ​​Untuk aplikasi berbasis host yang kompleks, Lua adalah lem yang ideal antara inti asli dan logika tingkat tinggi.

Multiparadigma dan modularDengan tabel, metatabel, fungsi, dan coroutine, Anda membangun apa yang Anda butuhkan, tidak lebih dan tidak kurang. minimum yang dipikirkan dengan matang hindari roda yang tidak diperlukan.

Komunitas dan dokumentasi:Manual referensi ringkas, kaya contoh, dan materi multibahasa (Inggris, Spanyol, Portugis). Budaya “memahami cara kerjanya” diterjemahkan menjadi kode yang jelas dan kuat.

Detail sintaksis dan operator yang perlu diingat

Operator logika dengan hubung singkat yang mengembalikan operan (bukan hanya boolean): a and b y a or b dapat mengembalikan nilai non-boolean, sangat berguna untuk penugasan default (x = x or {}).

Penggabungan dengan .., panjang dengan # (dalam string dan dalam tabel “tipe array”), eksponensial dengan ^, dan preseden serupa dengan C dengan kekhususan seperti asosiativitas kanan di .. y ^. itu pola rantai Mereka menawarkan penangkapan dan pencarian yang nyaman tanpa ketergantungan eksternal.

Mengapa begitu banyak mesin dan alat yang memilihnya?

Karena mengurangi gesekan antara desain dan eksekusiIterasi di Lua cepat, skrip mudah didistribusikan dan diaudit, dan inti asli terlindungi dari perubahan yang sering terjadi. Selain itu, perangkat lunak bebas dengan lisensi permisif, sangat cocok untuk produk komersial dan proyek komunitas.

Dan ada faktor budaya yang penting: kejelasan bahasa Ini mendorong pembelajaran konsep pemrograman (fungsi tingkat tinggi, closure, iterator) yang kemudian diterapkan di lingkungan lain. Untuk tim campuran (desain, skrip, engine), ini mempercepat pengiriman tanpa mengorbankan kualitas.

Setelah meninjau sejarah, desain dan kegunaannya, mudah untuk memahami mengapa Lua mendapatkan tempat khusus: bahasa kecil yang melakukan hal-hal besarDari gim video dan DAW hingga IoT dan jendela mengambang, kombinasi tabel dan metatabel, fungsi kelas satu, dan coroutine-nya menghasilkan solusi yang bersih, modular, dan mudah dirawat. Baik Anda mencari mesin skrip yang andal untuk diintegrasikan ke dalam aplikasi Anda atau bahasa pemrograman sederhana untuk otomatisasi tanpa mengorbankan daya, Lua adalah pendamping yang luar biasa.