Lua:01---Lua语言介绍、运行Lua程序（lua解释器）

一、Lua语言介绍

• Lua语言从一开始就被设计为能与C/C++及其他常用语言开发的软件集成在一起使用的语言，这种设计带来了非常多的好处：
  • 一方面， Lua语言不需要在性能、与三方软件交互等C语言已经非常完善的方面重复“造轮子”，可以直接依赖C语言实现上述特性，因而Lua语言非常精简
  • 另一方面，通过引入安全的运行时环境、自动内存管理、良好的字符串 处理能力和可变长的多种数据类型， Lua 语言弥补了C语言在非面向硬件的高级抽象能力、 动态数据结构、鲁棒性、调试能力等方面的不足
• Lua语言强大的原因之一就在于它的标准库，这不是偶然，毕竟扩展性本身就是 Lua语言的主要能力之一。Lua语言中的许多特性为扩展性的实现提供了支持：动态类型使得一定 程度的多态成为了可能，自动内存管理简化了接口的实现（无须关心内存的分配/释放及处 理溢出），作为第一类值的函数支持高度的泛化，从而使得函数更加通用
• Lua语言除了是一门可扩展的语言外，还是一门胶水语言（glue language）。Lua 语言支 持组件化的软件开发方式，通过整合已有的高级组件构建新的应用。这些组件通常是通过 C/C++等编译型强类型语言编写的， Lua语言充当了整合和连接这些组件的角色。通常，组件（或对象）是对程序开发过程中相对稳定逻辑的具体底层（如小部件和数据结构）的抽象，这些逻辑占用了程序运行时的大部分 CPU 时间，而产品生命周期中可能经常发生变化的逻辑则可以使用 Lua 语言来实现。当然，除了整合组件外 Lua 语言也可以用来适配和改 造组件，甚至创建全新的组件
• Lua 语言并非这个世界上唯一的脚本语言，还有许多其他的脚本语言提供了类似的能力尽管如此， Lua语言的很多特性使它成为解决许多问题的首选，这些特性如下：
  • 可扩展： Lua 语言具有卓越的可扩展’性 Lua 的可扩展性好到很多人认为 Lua 超越了编 程语言的范畴，其甚至可以成为一种用于构建领域专用语言（ Domain-Specific Language，DSL ）的工具包 Lua 从一开始就被设计为可扩展的，既支持使用 Lua 语言代码来扩展， 也支持使用外部的C语言代码来扩展。在这一点上有一个很好的例证： Lua 语言的大部分基础功能都是通过外部库实现的。我们可以很容易地将 Lua与C/C++、Java、C#和Python等结合在一起使用
  • 简明： Lua 语言是一门精简的语言。尽管它本身具有的概念并不多，但每个概念都很强大。这样的特性使得 Lua 语言的学习成本很低，也有助于减小其本身的大小（其包含所有标准库的 Linux 64 位版本仅有 220 KB）
  • 高效：Lua 语言的实现极为高效。独立的性能测试说明 Lua 语言是脚本语言中最快的语言之一
  • 可移植：Lua 语言可以运行在我们昕说过的几乎所有平台之上， 包括所有的 UNIX 操作系统（Linux FreeBSD等）、 Window、Android、iOS、OS X、IBM大型机、游戏终端（ PlayStation、Xbox、Wii 等） 、微处理器（如 Arduino ）等、针对所有这些平台的 源码本质上是一样的， Lua 语言遵循 ANSI（ISO）C标准，并未使用条件编译来对不同平台进行代码的适配。因此，当需要适配新平台时，只要使用对应平台下的 ISO C 编译器重新编译 Lua 语言的源码就可以了
• Lua官网：http://www.lua.org/

二、Lua解释器的安装

• Lua解释器是用来运行Lua程序的，此处我们以ubuntu为例，来安装Lua解释器
• 可以到http://www.lua.org/ftp/中下载最新的Lua版本（此处我们以Lua 5.4.0为例）

安装过程

• 第一步：下载Lua源码包，并进入目录

wget http://www.lua.org/ftp/lua-5.4.0.tar.gz

• 第二步：解压源码包，并进入目录

tar zxf lua-5.4.0.tar.gz
 
cd lua-5.4.0/
 
ls

• 第三步：编译

make linux test

• 第四步：之后会在src目录下生成两个可执行程序lua和luac

ls src/

• 第五步：安装Lua

sudo make install

• 安装完成之后：
  • 头文件保存在/usr/local/include/目录下
  • 可执行程序保存在/usr/local/bin/目录下
  • 动态库安装在/usr/local/lib/目录下
  • 还有一些内容也安装在/usr/l;ocal目录下

ls /usr/local/include/lua*
 
ls /usr/local/bin/lua*
 
ls /usr/local/lib/liblua*

• 第六步：刷新动态库链接

sudo ldconfig

• 第七步：查看lua安装的版本

lua -v

三、运行两个lua程序案例

演示案例1

• 建立一个hello.lua文件，内容如下：

print("Hello World")

• 运行效果如下：

演示案例2

• 下面的fact.lua程序用来求一个数的阶乘结果：

-- 定义一个计算阶乘的函数
function fact(n)
    if n == 0 then
        return 1
    else
        return fact(n-1) * n
    end
end
 
print("enter a number:")
 
-- 读取一个数字
a = io.read("*n") 
 
-- 打印结果
print(fact(a))

•  运行效果如下：

四、程序段

• 我们将Lua语言执行的每一段代码（例如，一个文件或交互模式下的一行）称为一个程序段（Chunk），即一组命令或表达式组成的序列
• 程序段既可以简单到只由一句表达式构成，也可以由多句表达式和函数定义（实际是赋值表达式）组成（例如计算阶乘的演示案例）
• 程序段在大小上并没有限制，事实上，由于Lua语言也可以被用作数据定义语言，所以几MB的程序段也很常见。Lua语言的解释器可以支持非常大的程序段

五、交互式解释器

• 除了将源码保存为文件，然后使用lua运行之外，还可以使用交互式模式的独立解释器

进入交互式解释器

• 在命令行下直接输入lua即可进入

• 进入之后输入的每一条命令都会在按下回车键之后立即执行
• 例如，我们输入下面的语句

退出交互式解释器

• 有两种方式退出交互式解释器：

  • 输入EOF控制符（POSIX下为ctrl+D、Windows下为ctrl+Z）

  • 或者调用操作系统的exit函数（执行os.exit()）退出

• 例如，在Linux下输入ctrl+D退出：

• 或者执行os.exit()退出

• 更多关于lua交互式的使用，见下面完整介绍

六、Lua解释器完整介绍

• 下面列出了lua解释器的参数选项：
  • 所有参数都是可选的
  • 当不使用任何参数调用lua时，就进入了上面的交互式模式

交互式Lua

• 当不使用任何参数调用lua时，就进入了上面的交互式模式
• 在上面已经介绍了

Lua脚本

• lua解释器默认安装在/usr/local/bin/目录下，如下所示：

• 因此，当一个脚本的开头以"#!/usr/local/bin/lua"开始时，这是一个lua的脚本，这个脚本中可以执行lua程序
• 下面是一个名为lua_test.sh的脚本，内容如下：

#!/usr/local/bin/lua
 
print("HelloWorld")

• 赋予其可执行权限，并运行：

chmod +x lua_test.sh
 
./lua_test.sh

与老版本中的兼容

• 从Lua 5.3版本开始，可以直接在交互式模式下输入表达式，Lua语言会输出表达式的值，例如

math.pi/4
 
a = 15
 
a ^ 2
 
a + 2

• 但是，在Lua 5.3之前，需要在表达式前面加上一个“=”号

a = 15
 
= a ^ 2
 
= a + 2

• 为了向下兼容，Lua 5.3之后的版本还是支持之前的语法

-e选项

• 该选项允许我们直接在命令行中输入代码
• 备注：在POSIX系统下需要使用双引号，以防止Shell错误地解析括号
• 例如：

lua -e "print(math.sin(12))"

-i选项

• -i选项可以让Lua解释器在执行完指定的程序段之后再进入交互模式
• 这一选项对于调试和手工测试很有用
• 例如，下面是一个prog.lua程序

print("Hello World")
 
a = 15

• 现在我们输入下面的命令，让其执行完prog.lua程序再进入交互模式:

lua -i prog.lua

• 可以看到其打印了“Hello World”，然后打印a，可以看到a为15

-l选项

• 该选项用于加载库之后再进入交互式模式，与-i选项有点类似
• 例如，下面的命令先加载lib库，然后再执行x=10的赋值语句，并最终进入交互模式，进入之后打印x可以看到我10

lua -i -llib -e "x=10"

dofile()函数

• 进入交互式解释器之后，可以调用dofile()函数加载一个外部已经存在的lua文件
• 该函数在开发阶段也很有用。我们可以同时打开两个窗口，一个窗口使用文件编辑器编辑的代码（例如prog.lua），另一个窗口中使用交互式模式运行Lua语言解释器。当修改完代码并保存后，只要在Lua语言交互模式的提示符下执行dofile("prog.lua")就可以加载新代码
• 例如，下面有一个lib.lua文件，内容如下：

-- 定义了两个函数
 
function norm(x, y)
    return math.sqrt(x^2 + y^2)
end
 
function twice(x)
    return 2.0*x
end

• 我们进入交互式解释器，然后在里面调用dofile()函数让其加载lib.lua文件的所有内容，之后就可以调用里面的函数了

;的使用

• 如果执行一行语句之后，在末尾加上了分号（;），那么这条语句的输出不会被打印，但是这条命令被执行了
• 例如：输入io.flush()默认会输出"true"，可以在末尾加上;让其不打印消息

• 即使不打印消息，但是这条语句也是被执行了的

LUA_INIT_5_4、LUA_INIT环境变量

• lua解释器在处理参数前，会先查找系统中名为LUA_INIT_5_4环境变量（根据你Lua的版本而定，我的lua版本为5.4），如果查找不到再去查找LUA_INIT环境变量
• 如果这两个环境变量中的任意一个存在，如果：
  • 这两个环境变量的内容为@filename，那么lua解释器就会运行这个文件
  • 这两个环境变量的内容不是以@开头的，那么解释器就会认为这两个环境变量包含的是lua代码，会对其进行解释执行
• 这些环境变量使得我们可以灵活的配置独立解释器。例如，我们可以预先加载程序包（Package）、修改路径、定义自定义函数、对函数进行重命名或删除函数等等

lua解释器的程序参数

• lua在运行代码前会创建一个名为arg的表，这个表存储了所有的命令行参数。你可以把它想象为C语言中main函数的argv数组
• Lua语言也支持可变长参数，可以通过可变长参数表达式来获取，在脚本文件中，表达式...表示传递给脚本的所有参数（这些内容在后面介绍“可变长参数”的时候再介绍）
• 例如，下面我们需要调用lua来执行script脚本，并且给该脚本传入了3个参数a、b、c，那么
  • arg[0]=script、arg[1]=a、arg[2]=b、arg[3]=c

lua script a b c

• 位于脚本之前的所有选项位于负数索引上，例如：
  • arg[-3]=lua、arg[-2]=-e、arg[-1]=sin=mayj.sin、arg[0]=script、arg[1]=a、arg[2]=b、arg[3]=c

lua -e "sin=math.sin" script a b c