信息技术数字 » 成语 » Lua 是什么：历史、设计、实际用途以及语言的主要特性
Lua 轻量级、可嵌入且多范式：表、函数和协同程序将一切联系在一起。
动态类型、带有要求的模块、带有元表的 OOP 和用于协作流程的协同程序。
干净的 C API，用于将 Lua 逻辑集成到本机应用程序中；非常适合游戏和物联网。
广泛的实际用途：引擎、模块、DAW 和微控制器，如 ESP8266/NodeMCU。
Lua 是那些以其平衡性而令人惊讶的语言之一：小巧、快速，专为嵌入应用程序而设计，同时又足够强大，能够涵盖多种编程风格。如果您想知道它究竟是什么、有何用途，以及为什么这么多工具选择它，这里有一份实用且文档齐全的指南。
在深入探讨这个主题之前，值得强调两个关键思想： Lua 于 1993 年出生于巴西 （PUC-Rio，TeCGraf 组）旨在实现轻量级和可扩展性，并且自 5.0 版本开始，它以 麻省理工学院执照 （以前是 BSD 类型的许可证）。它的执行不会直接解释源文本： 编译为字节码 并在自己的虚拟机中运行它；此外，还有 LuaJIT 用于运行时编译。
Lua 是什么以及它来自哪里？
Lua 在葡萄牙语中是“月亮”的意思 由Roberto Ierusalimschy、Luiz Henrique de Figueiredo和Waldemar Celes创作。它的重点从一开始就非常明确： 成为一种可嵌入、可移植且简约的语言其语法简洁，灵感源自 C 语言，并在可扩展性方面与 Perl 的理念类似。多年来，它已成为视频游戏、插件和嵌入式系统的脚本引擎。
从它的起源 便携性一直是人们痴迷的对象：实施于 ISO C几乎可以在任何地方运行，从大型服务器到只有几百 KB 内存的微控制器。早期版本采用类似 BSD 的许可证，并且 从 Lua 5.0 开始，他们使用 MIT，完全兼容 GPL。
理念与设计：轻量化、嵌入式、多范式
Lua 选择了“少数但非常强大的部件”。 其概念负荷可概括为三大支柱： 桌子 作为唯一的数据结构， 功能 作为一等公民和 协程 用于协作流量控制。有了这些底座，用户自己就可以举起 模块、对象、环境和抽象 量身定做。
它通常被描述为程序性的，但 自然适应 功能风格（闭包、高阶）、面向对象（通过元表和原型）和面向数据的方法。 它的极简主义 它并不意味着僵化：语言通过元表重新定义行为来扩展和塑造。
基本语法和执行
在 Lua 中， 变量没有静态类型；该类型由值拥有。它有 八种基本类型: 零, 布尔, 数, 绳子, 表, function, 用户数据 y 绪 （协程）。此外， 承认控制胁迫 运行时在数字和字符串之间。
语言的组织方式 块 编译器转换成匿名函数的代码片段；这有助于 封装状态 现在运行时不会出现意外的“魔法全局变量”。 评论 标有 -- 并支持带有长引号或括号的字符串文字； 运营商 包括算术、关系、短路逻辑（and, or, not)、串联（..) 和长度 (#).
关于流量控制， encontramos if/elseif/else, while, repeat until （主体保证至少一次）和两种变体 for: 数值的 （包括开始、结束和步骤）和 通用的 （迭代器如 pairs o ipairs）。 这 本地语句 限制词汇范围和 回报 允许多个值。
数据类型和强制
通过设计， Lua 是动态类型的自动转换主要发生在 绳子 y 数 在算术运算或文本上下文中。条件仅考虑 false 和 nil 为 false；其他一切都为真（包括 0 和空字符串）。
主要类型包括： 表 （字典/关联数组）， function （一流价值观）， 用户数据 （C 内存块）和 绪 （协同程序）。 表是异构的，它们支持除以下之外的任何类型的键 零 并构成列表、记录、树或稀疏矩阵等复杂结构的基础。
编程语言的种类及其特点表和元表：语言的核心
表是唯一的数据结构 并用于一切：从一个简单的数组（{10,20,30}）到目录、对象、模块和环境。访问 t y t.x 当键是名称时是等效的。带括号的构造函数允许 非常紧凑的表达式 初始化。
连接器 元表 se 重新定义行为 运算符和访问方式： __add, __eq, __lt, __concat, __len, __index, __newindex, __call等。这使得 负担过重 加法、比较、连接，或者如何响应访问缺失字段等等。因此，你可以构建 复数类、代理、验证器或包装器，只需几行即可。
模块和环境
功能 require 加载一个模块（执行时， 通常返回一个表 包含函数和常量）。在内部，Lua 将代码编译为函数，并在其内部执行 环境，返回其结果以供重用。全局变量“驻留在”表中，可通过以下方式访问 _G 在更现代的版本中，通过函数的可见环境（_ENV).
这种架构使得 二进制大小仍然很小：每个模块不需要加载所有内容，而是只显示足够的内容，然后由开发人员决定包含哪些内容。 词汇可见性 通过环境的分离可以最大限度地减少代码片段之间的副作用。
函数、闭包和块
在 Lua 中， 函数是一个值：赋值给变量，作为参数传递，并作为结果返回。没有严格的元数限制： 如果参数太多，则会被忽略；如果缺失，则用 零。甚至块也被视为匿名函数，这使得 封装本地状态 且不污染全球环境。
作为语法糖，运算符 : （冒号）允许你通过传递来定义和调用“方法” self 隐式地： obj:metodo(x) 等于 obj.metodo(obj, x). 关闭 它们捕获上值，这是构建迭代器、工厂和干净 API 的非常强大的基础。
面向对象“Lua 方式”
虽然它没有这样的课程， Lua 使用表和元表实现 OOP最广泛的图案用途 __index 委托给原型：对象在“模板”（原型表）中存储其状态并查找其方法。构造函数可以轻松地分配元表并返回新实例。
结合 构造函数、__index 和语法糖：，获得一个实用的 OOP：方法 self、伪继承（链式原型）、覆盖的可能性和 灵活的组合。对于插件、游戏或配置脚本来说，这是一种简单且非常有效的方法。
协程：协作式多任务
该 协程 它们提供非常精细的流量控制：它们可以 yield y resume 在特定点，保护电池。它们作为 协作多线程，非常适合游戏逻辑、反应系统、简单规划器或 惰性迭代器。此外，它们允许在 Lua 和主机代码（例如 C/C++）之间进行优雅的切换。
实际上， 协程继续前进，直到产生结果，将值返回给恢复它的人，然后从中断的地方继续执行。对于交互式任务、基于状态的人工智能或模拟来说，它是一个非常有价值的工具，因为它 低成本、清晰度.
标准库和实用程序
Lua 附带了一组紧凑但非常有用的标准库： 基本的 （断言、类型、配对、要求……） 绳子 （模式、gsub、gmatch、格式） 表 （插入、移除、排序、连接） 数学 （三角函数、指数函数、随机函数） io （文件）， os （日期、环境、流程）和 调试 （挂钩、追踪、检查）。它们旨在满足 80% 的实际需求， 最小占用空间.
系统 字符串模式 提供强大的搜索、捕获和替换功能，无需使用完整的正则表达式；具有以下功能 gmatch o gsub 大多数典型的文本处理案例都以简单的方式得到解决。 简洁的.
强大的 Laravel 框架嵌入 C/C++ 和集成 API
其优点之一是 C 语言 API。主持人创建一个 lua_State，加载区块（lua_load），调用函数（lua_pcall 执行受保护的），寄存器 本机函数 可从 Lua 访问，并在 虚拟堆栈有用于错误处理、垃圾收集、元表和“用户数据”的实用程序，它们公开 C 世界结构。
这种设计使得 Lua 通用脚本引擎 对于 C/C++ 应用程序：逻辑委托给 Lua（易于迭代和部署），同时保留原生核心的性能。较小的占用空间（约 25.000 行 C 代码实现和数百 KB 的二进制文件）有助于集成 即使在普通设备上.
物联网和微控制器中的 Lua（ESP8266/NodeMCU）
Lua 因其简单性和快速的开发周期而非常适合物联网。 适用于 ESP8266 的 NodeMCU 提供运行 Lua 的固件，以及类似工具 Lua上传器 o ESPlorer 您可以上传脚本、打开控制台、测试代码片段并进行实时调试。文件 init.lua 通常 启动逻辑 设备（例如，闪烁 LED 或配置 GPIO）。
可能性 逐步执行部分代码，无需重新编译所有内容，可以非常轻松地进行实验：声明变量，制作一个 print(a+b)、切换引脚等。对于来自 Arduino 的用户来说，这个流程是 敏捷且具有教学意义，并且通常只需进行微小的更改就足以将脚本移植到其他兼容设备。
在视频游戏和软件中的显著用途
谢谢你的 轻便、性能和许可Lua 在引擎和模组中很受欢迎。像 Roblox 他们推广了一种典型的变体（Luau）；标题和引擎如下 魔兽世界，沙盒 盖瑞模组 （关于《半条命 2》），RTS 最高指挥官， 部分 STALKER, LucasArts 冒险游戏 冥界狂想曲 y 逃离猴岛, 蠕虫 4：混乱或类似框架 LÖVE2D 已经证明了他们的力量 界面脚本、游戏逻辑和模组.
也出现在 MMO 和平台 如 胫骨 （通过 XML 进行广泛的定制） 仙境传说 （Homunculus AI），服务器和模组类型 多盗窃汽车：圣安地列斯 o 五米，游戏如 Factorio （基于 Lua 的模块）， 刺猬, 转变, Minetest （创建模组或整个游戏）， 继母 （动画和命令），甚至在标题中 以撒的结合：重生 （Afterbirth+ DLC 增加了 Lua mod 支持。）
在工具和系统领域， 窗口管理器 如 离子 y 真棒 使用 Lua 来配置和扩展，而像 REAPER, 摇滚盒 或 DAW 噪声 他们利用这一点 脚本和深度定制 （自带 API、OSC、MIDI、菜单、浮动窗口、集成终端）。它也被用于 处理输入数据、配置应用程序、控制硬件和自动执行任务。
性能、实现和垃圾收集
Lua 编译为 字节码 并在高效的虚拟机上运行；对于要求苛刻的场景， LuaJIT 添加运行时编译。垃圾收集器是 增量标记-清除类型，可配置（暂停和步进乘数）并支持 终结器（__gc） 为 用户数据 y 弱表 （不阻止释放内存的键/值）。
这种组合 快速控制 这意味着游戏、插件和嵌入式系统可以接受的低延迟。最小的占用空间使其能够部署在具有以下功能的设备上： 资源非常有限 而不放弃表达性语言。
设计比较与学习
与较重的语言不同， Lua 优先考虑经济性和互操作性它并非旨在取代 Python 或 JavaScript 成为“完整的生态系统”，而是在以下情况下成为最佳选择： 它们在 C 中提供了简单性、可移植性和可扩展性. 这本书 Lua 编程 技术文章深入探讨了解释其优雅设计的决策。
那些来自 Pascal、C 或语法清晰的语言的人会发现 平滑的进入曲线: 块 do ... end、可读的条件、20 个定义明确的关键字和模式 local 为 限制副作用它与 C 的“粘合剂”和灵活的表语义鼓励从下向上构建必要的内容。
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在便携性方面， 在操作系统之间迁移 Lua 应用程序 通常只需很少的改动。在主机和设备上，有以下版本 PSP, Wii的 o 世嘉土星 （使用特定的库），以及使用 Lua 进行 简单.
在私人服务器和模组上（例如， 胫骨），人们使用 Lua 来 创建系统、脚本和扩展 高水平。如果你进入创意平台，比如 星期五之夜Funkin'，Lua 用于修改 HUD， 模式图表 和场景装饰，展示了它的多功能性 动态编排.
解释其成功的优势
亮度和速度：非常小的二进制文件、适中的内存占用以及高效的解释器/虚拟机。在资源受限的设备上，这种节俭至关重要。
优秀的 C API：注册原生函数和暴露结构非常简单。对于复杂的基于主机的应用程序，Lua 是 理想的胶水 本机核心和高级逻辑之间。
多范式和模块化：使用表、元表、函数和协程，您可以构建所需的一切，不多不少。 经过深思熟虑的最低限度 避免使用不必要的轮子。
社区和文档：简洁的参考手册，丰富的示例，以及多语言材料（英语、西班牙语、葡萄牙语）。“理解其工作原理”的文化转化为 清晰且强大的代码.
要记住的语法细节和运算符
短路逻辑运算符 返回操作数（不仅仅是布尔值）： a and b y a or b 可以返回非布尔值，对于默认分配非常有用（x = x or {}).
与 .. 连接, 长度用#表示 （在字符串和“数组类型”表中）， 使用 ^ 进行幂运算以及与 C 类似的优先级，但具有右结合性等特殊性 .. y ^。 该 链式图案 它们提供方便的捕获和搜索，无需外部依赖。
为什么那么多引擎和工具选择它？
因为 减少设计与执行之间的摩擦：Lua 迭代速度很快，脚本易于分发和审核，并且原生核心不会频繁更改。此外， 具有宽松许可证的自由软件，完美契合商业产品和社区项目。
还有一个重要的文化因素： 语言的清晰度 它鼓励学习编程概念（高阶函数、闭包、迭代器），并将其应用于其他环境。对于混合团队（设计、脚本、引擎），这 加速交付 在不牺牲质量的情况下。
回顾了它的历史、设计和用途之后，我们很容易理解为什么 Lua 会赢得特殊的地位： 一门做大事的小语言从电子游戏和数字音频工作站 (DAW) 到物联网和浮动窗口，Lua 结合了表和元表、一流的函数和协程，打造出简洁、模块化且易于维护的解决方案。无论您是在寻找可靠的脚本引擎来集成到您的应用程序中，还是寻找一种简单易用的自动化语言，Lua 都是您的理想之选。
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