【CS.PL】Lua 编程之道: 简介与环境设置 - 进度8%

1 初级阶段 —— 简介与环境设置

1.1 什么是 Lua？特点?

Lua 是一种轻量级、高效的脚本编程语言，由巴西计算机科学家 Roberto Ierusalimschy、Waldemar Celes 和 Luiz Henrique de Figueiredo 开发。它的设计目标是简单、可嵌入、可扩展，以及具有良好的性能。Lua 在很多领域都有广泛的应用，包括游戏开发、嵌入式系统、脚本编写等。

特点:

• 高效利用 C 的性能: Lua 解释器用 C 编写，可以与 C 和 C++ 代码无缝集成，充分利用了 C 语言的高性能。它的运行环境在启动时会为 Lua 代码分配一个大的堆空间，从而提高执行效率。即c#和c++都兼容 => C进程开了一大块的堆空间, 用于跑lua代码
• 解释性语言: Lua 是解释性语言，代码在执行时一行一行地编译和执行，这使得开发过程更加灵活和快速。即输入一行 -> 编译一行 -> 执行一行.
• 动态类型: Lua 是动态类型语言，不需要显式声明变量类型，变量的类型由其值决定。相较于静态强类型（如 Java）和静态弱类型（如 C++）语言，Lua 在类型处理上更加灵活。
• 垃圾回收机制: Lua 内置垃圾回收器，自动管理内存，防止内存泄漏。即GC机制.
• 热更新: 由于其解释性和动态性，Lua 支持热更新，可以在运行时修改和更新代码，提高开发效率。即改了立马执行, 开发快, 热更新

1.2 Lua 的应用领域

Lua 在各种领域中都有丰富的应用：

• 游戏开发: 许多游戏引擎（如 Unity、CryEngine）都支持使用 Lua 编写游戏逻辑和脚本，实现更灵活的游戏行为和交互。例如，2002 年《梦幻西游》和 2004 年《魔兽世界》都采用了 Lua 作为脚本语言，分别用于游戏逻辑和玩家插件。
• 嵌入式系统: Lua 的轻量和易嵌入特性使其在嵌入式系统中广泛应用，用于配置、控制和脚本编写。
• 脚本编程: Lua 可作为通用的脚本语言，用于编写自动化任务、工作流程和快速原型开发。
• 科学计算: 一些科学计算领域使用 Lua 进行数据分析、建模和可视化。
• 网络编程: Lua 也用于网络编程，例如在服务器端创建脚本化的网络应用。一个典型的应用是 Nginx 与 Lua 的结合（OpenResty），实现高效的服务器端开发。

e.g.客户端
2002 云风 <梦幻西游> Unreal 蓝图/lua层
2004 <魔兽世界> 脚本层 玩家侧用于修复报错的插件

e.g. 服务端:

• nginx -> Openresty -> Lua(后端服务器开发框架): 因nginx = 1主进程 + 2进程 + 进程之间构建的线程池; 开发时通过改配置文件, 用c语言改模块
• redis(remote distance) -> Lua原子操作
• 生活中鼠标宏(罗技)

1.3 安装 Lua 解释器

1.3.1 安装

• 官方 Lua: Lua 最新的官方版本是 5.4 及以上。访问 Lua 官方网站（https://www.lua.org/）下载最新版本，并按照说明进行安装。
• LuaJIT: LuaJIT 是 Lua 的 Just-In-Time 编译版本，性能优于官方解释器，特别适用于服务端开发。它通过提前编译常用语句，提高了执行效率，运行时间越长，性能越接近 C++。即Lua JIT(**Just In Time**), 服务端, 效率比官方的高 => **把经常使用语句预编译好, 无须等到运行到语句处才编译, 运行越久与C++相比效率越接近** ==> java也有JIT机制!.
  • Windows 系统: 访问 Lua 官方网站下载 Windows 版本的 Lua 解释器（https://www.lua.org/）下载 Windows 版本的 Lua 解释器，并按照说明进行安装。，并按照说明进行安装。
  • Linux 系统: 大多数 Linux 发行版都提供 Lua 解释器的软件包。使用包管理器安装 Lua，例如：sudo apt-get install lua5.4
  • macOS 系统: 使用 Homebrew 等包管理器安装 Lua 解释器，例如：brew install lua

1.3.2 Lua解释器的结构

![[Pasted image 20230808134852.png]]

Lua 解释器的结构可以分为以下几个主要部分：

1. 词法分析器（Lexer）： 这个部分负责将源代码字符串分解为词法单元，也就是语言中的最小可识别单元，比如关键字、标识符、操作符等。词法分析器将源代码转换为一个个词法记号，以便后续的解析和执行。
2. 语法分析器（Parser）： 语法分析器接收词法记号流，将其组织成语法结构，构建一棵抽象语法树（AST）。这个树状结构表示了代码的层次结构，有助于理解代码的结构和含义。
3. 编译器（Compiler）： 编译器将抽象语法树转化为中间代码，通常是字节码。这个中间代码包含了对应的操作码以及操作数，它更接近计算机硬件执行的形式，但仍然比源代码更接近人类可读。
4. 虚拟机（Virtual Machine）： Lua 解释器的核心是虚拟机。虚拟机执行中间代码，将其翻译为实际的机器指令或者执行相关的操作。虚拟机还负责管理变量、堆栈和函数调用等运行时状态。跨平台的核心, 缺点是效率变低, 这也是类似java的, 像 c-- ==> java优化就是优化虚拟机
5. 垃圾回收器（Garbage Collector）： Lua 包含一个垃圾回收器，用于自动管理内存。它会识别不再使用的对象，释放其占用的内存，并确保没有内存泄漏。
6. 标准库和扩展模块： Lua 附带了一套标准库，其中包含了许多常见的功能，如字符串处理、文件操作等。此外，Lua 还支持通过加载扩展模块来扩展其功能。

整个 Lua 解释器的流程大致如下：

1. 词法分析器将源代码转换成词法记号。
2. 语法分析器使用词法记号构建抽象语法树。
3. 编译器将抽象语法树编译成中间代码（字节码）。
4. 虚拟机执行中间代码，实现实际的功能。
5. 垃圾回收器自动管理内存，防止内存泄漏。

1.4 Lua执行方式

1.4.0 程序段

Lua一个执行的基本单位叫chunk(程序段)

1.4.1 使用 Lua REPL（Read-Eval-Print Loop）

交互式解释器，读取﹣求值﹣输出循环

要启动 Lua REPL，只需打开终端并输入 lua 命令，然后按回车键。这将进入 Lua 的交互式模式，可以在其中输入 Lua 代码并按回车键执行。每次执行后，您将看到代码的输出结果。

> print("Hello, Lua!")
Hello, Lua!

1.4.2 脚本执行文件(类似shell的.sh)

hello.lua

$ !../lua表启动了lua.bin

# !/usr/local/bin/lua
print("Hello, Lua!")

执行chmod u+x hello.lua && ./hello.lua

1.4.3 用lua命令加载文件

hello.lua

print("Hello, Lua!")

==> lua hello.lua(类似python)

1.4.4 luac编译器

luac 编译器, 预编译

• 提前编译好, 提高效率
• 保护源代码

luac -o hello.luac hello.lua

CS.PL.1000.3-Lua
Created: 2023-08-08.Tuesday13:14