Çfarë është Lua: historia, dizajni, përdorimet në jetën reale dhe karakteristikat kryesore të gjuhës

Informatec Digital » Idiomat » Çfarë është Lua: historia, dizajni, përdorimet në jetën reale dhe karakteristikat kryesore të gjuhës

Lua është një nga ato gjuhë që të befason me ekuilibrin e saj : e vogël, e shpejtë dhe e projektuar për t'u integruar në aplikacione, por megjithatë mjaftueshëm ekspresive për të mbuluar stile të shumta programimi. Nëse po pyesni veten se çfarë është saktësisht, për çfarë përdoret dhe pse kaq shumë mjete e zgjedhin atë, ja një udhëzues praktik dhe i dokumentuar mirë.

Para se të futemi në detaje, ia vlen të sqarojmë dy pika kryesore: Lua u krijua në vitin 1993 në Brazil (PUC-Rio, grupi TeCGraf) me qëllimin për të qenë i lehtë dhe i zgjerueshëm, dhe që nga versioni 5.0 është shpërndarë sipas licencës MIT (më parë, një licencë e ngjashme me BSD). Ekzekutimi i saj nuk e interpreton drejtpërdrejt tekstin burimor: ajo kompilohet në bytecode dhe e ekzekuton atë në makinën e vet virtuale; përveç kësaj, ekziston LuaJIT për kompilimin në kohën e ekzekutimit.

Çfarë është Lua dhe nga vjen?

Lua do të thotë "hënë" në portugalisht dhe u krijua nga Roberto Ierusalimschy, Luiz Henrique de Figueiredo dhe Waldemar Celes. Fokusi i saj ishte shumë i qartë që nga fillimi: të ishte një gjuhë e integruar, e lëvizshme dhe minimaliste , me një sintaksë të thjeshtë të frymëzuar nga C dhe zgjerueshmëri të ngjashme me Perl. Me kalimin e viteve, ajo është vendosur si një motor skriptimi për videolojëra, plugin-e dhe sisteme të integruara.

Që nga fillimi i tij, lëvizshmëria ka qenë një fokus kryesor : i implementuar në ISO C , ai funksionon praktikisht kudo, nga serverat e mëdhenj te mikrokontrolluesit me vetëm disa qindra kilobajt memorie. Versionet e hershme u licencuan sipas një licence në stilin BSD, dhe që nga Lua 5.0, ato kanë përdorur licencën MIT , e cila është plotësisht në përputhje me GPL.

Filozofia dhe dizajni: i lehtë, i zhytur dhe me shumë paradigma

Lua i jep përparësi "pjesëve të pakta, shumë të fuqishme". Korniza e saj konceptuale përmblidhet në tre shtylla : tabelat si struktura e vetme e të dhënave, funksionet si qytetarë të klasit të parë dhe bashkë-programet për kontrollin bashkëpunues të rrjedhës. Me këto themele, përdoruesit mund të ndërtojnë module, objekte, mjedise dhe abstraksione të personalizuara .

Shpesh përshkruhet si procedurale, por natyrshëm përvetëson stile funksionale (mbyllje, komanda të nivelit më të lartë), qasje të orientuara drejt objekteve (përmes metatabelave dhe prototipeve) dhe një qasje të bazuar në të dhëna. Minimalizmi i saj nuk nënkupton ngurtësi: gjuha zgjerohet dhe përshtatet duke ripërcaktuar sjelljet përmes metatabelave.

Sintaksa dhe ekzekutimi thelbësor

Në Lua, variablat nuk kanë lloje statike ; vlerave të tyre u janë caktuar lloje. Ai ofron tetë lloje themelore : nil , boolean , number , string , table , function , userdata dhe thread (korutinat). Për më tepër, ai mbështet shtrëngimin e kontrolluar midis numrave dhe vargjeve në kohën e ekzekutimit.

Gjuha është e organizuar në copa (pjesë kodi) që kompiluesi i transformon në funksione anonime; kjo ndihmon përmbledh shtetin tani ekzekutohet pa "globalë magjikë" aksidentalë. Komentet janë shënuar me -- dhe mbështet literalët e vargjeve me thonjëza ose kllapa të gjata; operatorët përfshijnë aritmetikën, relacionin, logjikën e qarkut të shkurtër (and, or, not), bashkim (..) dhe gjatësia (#).

Lidhur me kontrollin e rrjedhës, encontramos if/elseif/else, while, repeat until (karroceria e garantuar të paktën një herë) dhe dy variante të for: numerike (me fillim, fund dhe hap) dhe gjenerik (përsëritës si pairs o ipairs) deklarata lokale kufizojnë fushëveprimin leksikor dhe kthim lejon vlera të shumëfishta.

Llojet e të dhënave dhe detyrimi

Sipas dizajnit, Lua është e tipizuar në mënyrë dinamike . Konvertimet automatike ndodhin kryesisht midis vargut dhe numrit në operacionet aritmetike ose kontekstet e tekstit. Deklaratat kushtëzuese i konsiderojnë vetëm vlerat false dhe nil si false ; çdo gjë tjetër është e vërtetë (duke përfshirë 0 dhe vargun bosh).

Llojet kryesore të të dhënave përfshijnë tabelat (fjalorët/vargjet asociative), funksionet (vlera të klasit të parë), të dhënat e përdoruesit (blloqet e memories C) dhe fijet (korutinat). Tabelat janë heterogjene , duke pranuar çdo lloj çelësi përveç nil , dhe formojnë bazën e strukturave komplekse siç janë listat, regjistrimet, pemët dhe vargjet e rralla.

Tabelat dhe metatabelat: zemra e gjuhës

Tabela është e vetmja strukturë e të dhënave dhe përdoret për gjithçka: nga një varg i thjeshtë ({10,20,30}) në katalogë, objekte, module dhe mjedise. Qasje në t y t.x është ekuivalent kur çelësi është një emër. Konstruktorët me kllapa lejojnë shprehje shumë kompakte të inicializimit.

me metatabelat se ripërcaktoni sjelljet i operatorëve dhe qasjeve: __add, __eq, __lt, __concat, __len, __index, __newindex, __call, etj. Kjo mundëson mbingarkesa mbledhje, krahasim, bashkim ose si t'i përgjigjeni qasjes në një fushë që mungon, ndër të tjera. Kështu, ju mund të ndërtoni klasat e numrave kompleksë, proxy, validatorë ose mbështjellës me vetëm disa rreshta.

Modulet dhe mjediset

Funksioni require ngarkon një modul (një copë që, kur ekzekutohet, normalisht kthen një tabelë me funksione dhe konstante). Brenda, Lua kompilon kodin në një funksion dhe e ekzekuton atë në të mjedis, duke e kthyer rezultatin e tij për t'u ripërdorur. Variablat globale "jetojnë" në një tabelë, të arritshme si _G dhe, në versionet më moderne, përmes mjedisit të dukshëm të funksionit (_ENV).

Kjo arkitekturë e mban të vogël madhësinë binare : në vend që të ngarkojë gjithçka, çdo modul ekspozon vetëm atë që është e nevojshme dhe zhvilluesi vendos se çfarë të përfshijë. Dukshmëria leksikore dhe ndarja e mjedisit minimizojnë efektet anësore midis pjesëve të kodit.

Funksionet, mbylljet dhe pjesët e vogla

Në Lua, një funksion është një vlerë : ai u caktohet variablave, kalohet si argument dhe kthehet si rezultat. Nuk ka aritet të ngurtë: argumentet shtesë injorohen ; argumentet që mungojnë plotësohen me nil . Edhe pjesët e vogla trajtohen si funksione anonime, duke e bërë të lehtë kapsulimin e gjendjes lokale pa ndotur mjedisin global.

Si sheqer sintaksor, operatori : (dy pika) ju lejon të përcaktoni dhe thirrni "metodat" duke kaluar self në mënyrë implicite: obj:metodo(x) e barabartë obj.metodo(obj, x). Mbylljet Ato kapin vlerat lart, e cila është një bazë shumë e fuqishme për ndërtimin e iteratorëve, fabrikave dhe API-ve të pastra.

Orientimi ndaj objekteve "mënyra Lua"

Edhe pse nuk ka klasa si të tilla, Lua implementon OOP duke përdorur tabela dhe metatabelaPërdorimet më të përhapura të modeleve __index Për të deleguar te një prototip: Objektet ruajnë gjendjen e tyre dhe kërkojnë metodat e tyre në "shabllon" (tabela e prototipit). Një konstruktor mund të caktojë lehtësisht metatabelën dhe të kthejë instanca të reja.

Kombinimi konstruktorët, __indeksi dhe sheqeri:, një OOP pragmatik merret: metoda me self, pseudotrashëgimi (prototipe të lidhura me zinxhirë), mundësia e mbishkrimit dhe përbërje fleksibileËshtë një qasje e thjeshtë dhe shumë efektive për shtojcat, lojërat ose skriptet e konfigurimit.

Korutinat: kryerja bashkëpunuese e shumë detyrave njëkohësisht

L korutina Ato ofrojnë kontroll shumë të mirë të rrjedhës: ato mund të jenë yield y resume në pika specifike, duke ruajtur baterinë e tyre. Ato punojnë si bashkëpunues shumë-fillezim, ideale për logjikën e lojërave, sistemet reaktive, planifikuesit e thjeshtë ose iteratorët dembelëPër më tepër, ato lejojnë ndërrim elegant midis kodit Lua dhe atij pritës (p.sh., C/C++).

Në terma praktikë, një korutinë funksionon derisa të përfundojë , duke i kthyer vlerat personit që e rinis atë, dhe pastaj vazhdon pikërisht aty ku e ka lënë. Për detyrat interaktive, inteligjencën artificiale me gjendje të plotë ose simulimet, është një mjet shumë i vlefshëm për shkak të kostos së ulët dhe qartësisë së tij.

Bibliotekat dhe Shërbimet Standarde

Lua vjen me një grup kompakt, por shumë të dobishëm bibliotekash standarde: basic (assert, type, pairs, require…), string (patterns, gsub, gmatch, format), table (insert, remove, sort, concat), math (trigonometri, eksponenciale, random), io (skedarë), os (data, mjedis, procese) dhe debug (grepa, gjurmë, inspektim). Ato janë projektuar për të mbuluar 80% të nevojave të botës reale me një gjurmë minimale.

Sistem modele vargjesh ofron kërkim, kapje dhe zëvendësim të fuqishëm pa përdorur shprehje të rregullta të plota; me karakteristika si gmatch o gsub Shumica e rasteve tipike të përpunimit të tekstit zgjidhen në një mënyrë të thjeshtë. konciz.

I integruar në C/C++ dhe API-në e integrimit

Një nga pikat e forta është ajo e saj API në CPritësi krijon një lua_State, ngarkoni copëza (lua_load), thirr funksionet (lua_pcall për të ekzekutuar regjistrat e mbrojtur), funksionet vendase i arritshëm nga Lua dhe lëviz të dhënat nëpër një pirg virtualEkzistojnë programe ndihmëse për trajtimin e gabimeve, mbledhjen e mbeturinave, metatabelat dhe "të dhënat e përdoruesit" që ekspozojnë strukturat e botës C.

Ky dizajn e bën Lua-n një motor skriptimi me qëllim të përgjithshëm për aplikacionet C/C++: logjika i delegohet Lua-s (e lehtë për t’u përsëritur dhe vendosur) duke ruajtur performancën e kernelit vendas. Zbulimi i saj i vogël (zbatimi ~25.000 rreshta të C dhe skedarë binare në qindra KB) ndihmon në integrimin e saj edhe në pajisje modeste.

Lua në IoT dhe mikrokontrollues (ESP8266/NodeMCU)

Lua është një përshtatje e shkëlqyer për IoT për shkak të thjeshtësisë dhe ciklit të shpejtë të zhvillimit të saj. NodeMCU për ESP8266 ofron një firmware që ekzekuton Lua, dhe me mjete si Ngarkuesi Lua o ESPlorer Mund të ngarkoni skripte, të hapni një konsolë, të testoni fragmente dhe të debugoni menjëherë. Skedari init.lua zakonisht fillo logjikën të pajisjes (p.sh., pulsimi i një LED ose konfigurimi i GPIO).

Mundësia e ekzekutoni pjesë të kodit në mënyrë progresive, pa rikompiluar gjithçka, e bën shumë të rehatshme eksperimentimin: deklaroni variabla, krijoni një print(a+b), kunjat e ndërrimit, etj. Për ata që vijnë nga Arduino, kjo rrjedhë është i shkathët dhe didaktik, dhe shpesh ndryshime të vogla janë të mjaftueshme për të transferuar skriptet në pajisje të tjera të pajtueshme.

Përdorime të dukshme në videolojëra dhe softuerë

Falë natyrës së saj të lehtë, performancës dhe licencimit të lehtë , Lua është një nga të preferuarit në motorë dhe modifikime. Platforma si Roblox kanë promovuar një variant të tipizuar (Luau); tituj dhe motorë lojërash si World of Warcraft , loja sandbox Garry's Mod (bazuar në Half-Life 2), RTS Supreme Commander , pjesë e STALKER , aventurat e LucasArts si Grim Fandango dhe Escape from Monkey Island , Worms 4: Mayhem dhe frameworks si LÖVE2D kanë demonstruar fuqinë e saj për skriptimin e ndërfaqes, logjikën e lojës dhe modifikimet.

Shfaqet gjithashtu në MMO dhe platforma të tilla si Tibia (me personalizim të gjerë së bashku me XML), Ragnarok Online (homunculus AI), servera dhe modifikime si Multi Theft Auto: San Andreas ose FiveM , lojëra si Factorio (modifikime të bazuara në Lua), Hedgewars , Transformice , Minetest (krijoni modifikime ose lojëra të tëra), StepMania (animacione dhe komanda) dhe madje edhe në tituj si The Binding of Isaac: Rebirth (DLC Afterbirth+ shtoi mbështetje për modifikimet Lua).

Në sferën e mjeteve dhe sistemeve, menaxherët e dritareve si Ion dhe Awesome përdorin Lua për konfigurim dhe zgjerim, ndërsa aplikacione të tilla si REAPER , Rockbox dhe Renoise DAW e shfrytëzojnë atë për skriptime dhe personalizim të thellë (API të personalizuara, OSC, MIDI, menu, dritare lundruese, terminal i integruar). Është përdorur gjithashtu për të përpunuar të dhëna hyrëse , për të konfiguruar aplikacione, për të kontrolluar harduerin dhe për të automatizuar detyrat.

Performanca, zbatimi dhe mbledhja e mbeturinave

Lua kompilohet në bytecode dhe ekzekutohet në një VM efikase; për skenarë të kërkuar, LuaJIT shton kompilimin e kohës së ekzekutimit. Mbledhësi i mbeturinave është inkremental, me flag-sweep , i konfigurueshëm (shumëzues pauze dhe hapi) dhe mbështet finalizuesit (__gc) për të dhënat e përdoruesit dhe tabelat e dobëta (çelësa/vlerat që nuk parandalojnë lirimin e memories).

Ky kombinim i shpejtësisë dhe kontrollit rezulton në nivele të ulëta latence të pranueshme për lojëra, shtojca dhe sisteme të integruara. Gjurmët e tij minimale lejojnë vendosjen në pajisje me burime shumë të kufizuara pa sakrifikuar aftësitë shprehëse.

Krahasimi dhe mësimi i dizajnit

Ndryshe nga gjuhët më të rënda, Lua i jep përparësi ekonomisë dhe ndërveprimit . Nuk synon të zëvendësojë Python ose JavaScript si një "ekosistem i plotë", por më tepër të jetë opsioni më i mirë kur thjeshtësia, lëvizshmëria dhe zgjerueshmëria në C janë thelbësore . Libri " Programimi në Lua" dhe artikujt teknikë thellohen në vendimet që shpjegojnë dizajnin e saj elegant.

Ata që vijnë nga Pascal, C ose gjuhë me sintaksë të qartë gjejnë një kurbë hyrjeje e lëmuar: blloqe me do ... end, kushte të lexueshme, 20 fjalë kyçe të përcaktuara mirë dhe modeli local para kufizoni efektet anësore"Ngjitja" e saj me C dhe semantika fleksibile e tabelave inkurajojnë ndërtimin nga poshtë lart vetëm të asaj që është e nevojshme.

Raste dhe anekdota të shpeshta

Për sa i përket lëvizshmërisë, migrimi i një aplikacioni Lua midis sistemeve operative zakonisht kërkon ndryshime minimale. Në konsola dhe pajisje, ka versione për PSP , Wii dhe SEGA Saturn (me biblioteka specifike), dhe komunitetet e krijuesve të lojërave shtëpiake e kanë përdorur Lua për thjeshtësinë e saj.

Në servera dhe modifikues privatë (për shembull, Tibia ), njerëzit përdorin Lua për të krijuar sisteme, skripte dhe zgjerime të nivelit të lartë . Dhe nëse punoni në platforma krijuese si Friday Night Funkin' , Lua përdoret për të ndryshuar HUD-të, modcharts-et dhe dekorimet e skenave, duke demonstruar shkathtësinë e saj për koreografi dinamike.

Pikat e forta që shpjegojnë suksesin e saj

I lehtë dhe i shpejtë : skedarë binare shumë të vegjël, konsum minimal i memories dhe një interpretues/VM efikas. Në pajisjet me burime të kufizuara, kjo kursim bën gjithë ndryshimin.

API i shkëlqyer C : regjistrimi i funksioneve native dhe ekspozimi i strukturave është i thjeshtë. Për aplikacione komplekse, të konvertuara në "hoste", Lua është lidhja ideale midis kernelit native dhe logjikës së nivelit të lartë.

Shumëparadigmëshe dhe modulare : me tabela, meta-tabela, funksione dhe korutina, ju ndërtoni pikërisht atë që ju nevojitet, as më shumë, as më pak. Ky minimum i menduar mirë shmang kompleksitetin e panevojshëm.

Komuniteti dhe dokumentimi : një manual referimi konciz, shembuj të shumtë dhe materiale në shumë gjuhë (anglisht, spanjisht, portugalisht). Kultura "kupto si funksionon" përkthehet në kod të qartë dhe të fuqishëm.

Detajet e sintaksës dhe operatorët për t'u mbajtur mend

Operatorët logjikë me qark të shkurtër që kthejnë operandët (jo vetëm vlerat booleane): a and b y a or b mund të kthejë vlera jo-booleane, shumë të dobishme për caktimet e parazgjedhura (x = x or {}).

Bashkimi me .., gjatësia me # (në vargje dhe në tabela "tipi i vargut"), eksponencimi me ^, dhe precedentë të ngjashëm me C me veçori të tilla si shoqërimi i djathtë në .. y ^. modele zinxhirësh Ato ofrojnë kapje dhe kërkim të përshtatshëm pa varësi të jashtme.

Pse kaq shumë motorë dhe mjete e zgjedhin atë?

Sepse zvogëlon fërkimet midis projektimit dhe ekzekutimit : përsëritja në Lua është e shpejtë, skriptet janë të lehta për t'u shpërndarë dhe audituar, dhe bërthama vendase është e mbrojtur nga ndryshimet e shpeshta. Për më tepër, si softuer i lirë me një licencë lejuese , ai përshtatet në mënyrë të përkryer në produktet komerciale dhe projektet e komunitetit.

Dhe ekziston një faktor i rëndësishëm kulturor: qartësia e gjuhës inkurajon të mësuarit e koncepteve të programimit (funksione të rendit të lartë, mbyllje, iteratorë) që më pas mund të aplikohen në mjedise të tjera. Për ekipet e përziera (dizajn, skriptim, motor), kjo përshpejton ofrimin pa sakrifikuar cilësinë.

Pasi të eksplorojmë historinë, dizajnin dhe përdorimet e saj, është e lehtë të kuptojmë pse Lua ka fituar një vend të veçantë: një gjuhë e vogël që bën gjëra të mëdha . Nga videolojërat dhe DAW-të te IoT dhe dritaret lundruese, kombinimi i tabelave dhe metatabelave, funksioneve të klasit të parë dhe bashkë-programeve rezulton në zgjidhje të pastra, modulare dhe të lehta për t'u mirëmbajtur. Nëse jeni duke kërkuar një motor skriptimi të besueshëm për t'u integruar në aplikacionet tuaja ose një gjuhë të thjeshtë për automatizim pa sakrifikuar fuqinë, Lua është një partner i jashtëzakonshëm.