| 2009 年 3 月 30 日 Lua 編程語言是一種小型的腳本語言，用于嵌入到其他程序中。通過使用 Lua 的 C API，可以編寫用于從 C 調(diào)用 Lua 以及從 Lua 調(diào)用 C 的非常干凈、簡單的代碼。對希望使用便捷的運(yùn)行時腳本語言的開發(fā)人員而言，這使他們可以輕松地實現(xiàn)腳本語言所需的基本 API 元素，然后在自己的應(yīng)用程序中使用 Lua 代碼。本文介紹 Lua 語言如何成為一種簡化常見開發(fā)任務(wù)的可行工具，并重點(diǎn)討論嵌入腳本語言的一些原因。 Lua 是一種小型腳本語言。它有多小呢？Lua 使用一個定制模式匹配特性，而不是 POSIX 正則表達(dá)式，因為一個完整的正則表達(dá)式實現(xiàn)比所有標(biāo)準(zhǔn)的 Lua 庫加起來還要大。Lua 提供的字符串匹配要簡單得多，它雖然沒有 POSIX 那么強(qiáng)大，但大小僅是 POSIX 的一小部分。 Lua 變量不是強(qiáng)類型的；雖然可以檢查一個值的類型，但是無法阻止一個變量的類型隨著時間而改變。這兩點(diǎn)正好適合腳本語言。Lua 的類型系統(tǒng)非常簡單，但很靈活。數(shù)組和關(guān)聯(lián)數(shù)組并合并為一種類型，即 table。string、number（只有浮點(diǎn)數(shù)）、boolean 和特殊的 對于習(xí)慣使用其他語言的程序員來說，Lua 最令人驚訝的地方是，只有 Lua 是用可移植的 C 編寫的。它還可以與 C++ 一起使用，但是核心語言非常易于移植；雖然有少數(shù)特性需要借助宿主特性，但是 Lua 可脫離平臺依賴良好地運(yùn)行。Lua 無需進(jìn)行大量的 autoconf 測試，因為它嚴(yán)格遵從標(biāo)準(zhǔn)。Lua 是在 MIT 許可下發(fā)布的，可完全免費(fèi)用于任何用途，包括商業(yè)用途。（因此很多程序員隨意將它嵌入到應(yīng)用程序中）。 嵌入一種腳本語言可以帶來很多的好處。我將使用初學(xué) Lua 時用的一個例子：Blizzard 的大規(guī)模多玩家在線 RPG，World of Warcraft（WoW）。WoW 的用戶界面完全使用 Lua 實現(xiàn)的；開發(fā)人員提供一些基本的 API 調(diào)用，以便真正與呈現(xiàn)引擎交互，并請求關(guān)于世界的數(shù)據(jù)，然后使用 Lua 作為用戶界面代碼的核心。 這樣一來，將用戶界面代碼置于沙箱中，使之遠(yuǎn)離游戲本身的干擾，從而提高安全性和可靠性，這一點(diǎn)就變得容易得多。反過來，這又意味著 Blizzard 可以向玩家開放用戶界面，使玩家可以定制代碼，改變他們與游戲交互的方式。 通常，對于很多類型的任務(wù)，與低級語言相比，腳本語言更易于引入到程序中。具有隱式分配和關(guān)聯(lián)數(shù)組特性，并支持垃圾收集的語言，通常有助于更 快地開發(fā)更簡單的代碼。它也許沒那么快，但是在很多情況下，這并不是問題；例如，用戶界面只需要比用戶的鍵盤輸入或鼠標(biāo)動作快就行了。 使用腳本語言有幾種方式。第一種方式，也是最簡單的方式，是使用它控制一個程序的行為，并使用 C 代碼作為一個真正用 Lua 編寫的程序的實現(xiàn)細(xì)節(jié)。第二種方法是主要用 C 編寫一個程序，然后使用嵌入的 Lua 來存儲和報告數(shù)據(jù)和配置。第三種方式，也是最靈活的方式，是混合上述兩種方式，使用 Lua 腳本編寫一些動作，而用 C 代碼管理其他部分。Lua 與 C 之間的接口非常簡單，因此這種方式非常流行。
對于主要用 Lua 編寫的程序，如果 CPU 時間主要用于逐個的操作，頂層控制的分量很輕，那么可以編寫一個引擎。這有助于將實現(xiàn)細(xì)節(jié)與高級設(shè)計相分離。用 Lua 而不是 C 來實現(xiàn)程序的核心邏輯可以大大減少開發(fā)時間。 對于這種類型的設(shè)計，顯然期望 Lua-to-C 接口主要由將從 Lua 調(diào)用的 C 函數(shù)的定義組成，并期望一旦開始執(zhí)行腳本，將來所有對 C 代碼的使用都從腳本中調(diào)用。
我所知道的每個程序員都至少編寫過一段這樣的代碼，這段代碼什么也不做，只是將配置值存儲到一個文件中，并在以后恢復(fù)那些值。（在我使用過的 配置文件當(dāng)中，Apple 的屬性列表也許是我最喜歡的）。但是，可以使用一種嵌入式腳本語言作為這些文件的格式，使用戶可以擁有壯觀的配置選項陣列。Ion 窗口管理器使用 Lua 作為配置文件，從而使用戶可以編寫強(qiáng)大而靈活的配置。 對用戶來說，最棒的是他們不再局限于簡單的賦值；用 Lua 表達(dá)的配置文件可以有注釋、條件等?？梢蕴峁┮粋€優(yōu)先的 API，用于獲取可能影響配置選擇的數(shù)據(jù)。
Lua 與 C 之間可以來回嵌套，因為 Lua 解釋器是可重入的（reentrant）。如果 C 程序在一個腳本上調(diào)用解釋器，該腳本調(diào)用一個 C 函數(shù)，而這個 C 函數(shù)又再次使用 Lua 解釋器，這是允許的。 World of Warcraft 基本上就是將這樣的模型用于它的用戶界面；用戶界面中的 Lua 調(diào)用可以反過來調(diào)用引擎，而引擎又將事件交付到用 Lua 編寫的用戶界面。這樣便得到一個靈活的界面，這樣的界面具有良好的隔離性和安全性，為用戶提供了很大的自主空間，并且緩沖區(qū)溢出或崩潰的風(fēng)險很小。在基于 C 的 API 中，嵌入的代碼幾乎都會導(dǎo)致崩潰；當(dāng)使用 Lua 界面時，如果用戶界面代碼導(dǎo)致崩潰，則存在需要修復(fù)的 bug。
構(gòu)建 Lua 很容易；只需運(yùn)行 Lua 的可重入性源于將所有解釋器狀態(tài)保存在一個對象中；可以有多個解釋器，它們之間不共享變量，也沒有共享的全局項。為了與 Lua 交互，必須從創(chuàng)建一個 Lua 狀態(tài)開始： 如果 Lua 狀態(tài)現(xiàn)在可以執(zhí)行代碼了。下面是一個程序中的一個循環(huán)，它只是執(zhí)行作為 Lua 代碼的參數(shù)：
Lua 解釋器使用一個棧接口來與調(diào)用代碼通信。由 C 代碼將發(fā)送到 Lua 代碼的數(shù)據(jù) push 到棧上；Lua 解釋器返回的響應(yīng)也被 push 到棧上。如果傳遞給 棧上的項有類型和值。 這種接口雖然簡單，但是其功能出奇強(qiáng)大。待執(zhí)行的代碼都被同等對待；首先被 push 到棧上，然后等待 除了要在其上面進(jìn)行操作的 Lua 狀態(tài)外， 無論是對于發(fā)送參數(shù)還是獲取結(jié)果值，Lua 都自動更正值的數(shù)量，以便與傳遞給 如果提供錯誤處理程序，那么它應(yīng)該是用于處理任何發(fā)生的錯誤的 Lua 代碼在棧上的索引。對于這篇概述性的文章，我不會詳細(xì)討論錯誤處理；但是要知道兩點(diǎn)，首先，錯誤處理是存在的，其次，錯誤處理是在 Lua 中進(jìn)行的。這樣非常方便。
用 C 編寫 Lua 使用的函數(shù)非常容易。如果您曾經(jīng)編寫過嵌入到其他腳本語言中的代碼，那么您也許會感到震驚。下面是一個 C 函數(shù)，它接收一個數(shù)字
該函數(shù)是借助一個 Lua 狀態(tài)參數(shù)來調(diào)用的；同樣，C 與 Lua 之間的所有交互都是通過 Lua 狀態(tài)棧發(fā)生的。返回值是該函數(shù) push 到棧上的對象的數(shù)量。為了使 Lua 可以使用該函數(shù)，必須做兩件事。首先是創(chuàng)建一個表示該函數(shù)的 Lua 對象，其次是為它提供一個名稱： 可以使用 棧接口大大簡化了這一點(diǎn)；在此，沒有必要定義或聲明函數(shù)所帶的參數(shù)。對于如何調(diào)用代碼，Lua 是非常靈活的。不過您如果愿意，也可以進(jìn)行更仔細(xì)的檢查。
將 Lua 嵌入到其他語言（特別是 C）編寫的代碼中非常簡單，因此常常使用 Lua 提高用其他語言編寫的程序的功能性。相對于發(fā)明自己的配置語言或編寫自己的表達(dá)式解析器而言，這是一個切實可行的替代方案。 習(xí)慣于使用更大型腳本語言的程序員會對一些事情感到驚訝。首先，設(shè)置一個 Lua 解析器的成本非常小；如果想在沙箱中運(yùn)行一些東西，則可以直接這樣做。雖然 Lua 的很多安全性特性我還沒接觸過，但是應(yīng)該清楚，即使在一個 Lua 狀態(tài)中都可以有效地實現(xiàn)沙箱。 僅返回關(guān)于程序狀態(tài)的數(shù)據(jù)的函數(shù)可以成為配置腳本和數(shù)據(jù)的好工具。如果您想開始用 Lua 編寫某種頂層的邏輯，那很容易，并且非常有效。很多腳本語言勉強(qiáng)能夠與其他語言的代碼緊密協(xié)作，而 Lua 則是完全為了與其他語言緊密協(xié)作而設(shè)計的。 |
