WenMing · 更新于 2018-11-16 05:00:33

Lua 简介

这一章我们简要地介绍 Lua 语言的基础知识,特别地,我们会有意将讨论放置于 OpenResty 的上下文中。同时,我们并不会回避 LuaJIT 独有的新特性;当然,在遇到这样的独有特性时,我们都会予以说明。我们会关注各个语言结构和标准库函数对性能的潜在影响。在讨论性能相关的问题时,我们只会关心 LuaJIT 实现。

Lua 是什么?

1993 年在巴西里约热内卢天主教大学(Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro in Brazil)诞生了一门编程语言,发明者是该校的三位研究人员,他们给这门语言取了个浪漫的名字——Lua,在葡萄牙语里代表美丽的月亮。事实证明她没有糟蹋这个优美的单词,Lua 语言正如它名字所预示的那样成长为一门简洁、优雅且富有乐趣的语言。

Lua 从一开始就是作为一门方便嵌入(其它应用程序)并可扩展的轻量级脚本语言来设计的,因此她一直遵从着简单、小巧、可移植、快速的原则,官方实现完全采用 ANSI C 编写,能以 C 程序库的形式嵌入到宿主程序中。LuaJIT 2 和标准 Lua 5.1 解释器采用的是著名的 MIT 许可协议。正由于上述特点,所以 Lua 在游戏开发、机器人控制、分布式应用、图像处理、生物信息学等各种各样的领域中得到了越来越广泛的应用。其中尤以游戏开发为最,许多著名的游戏,比如 Escape from Monkey Island、World of Warcraft、大话西游,都采用了 Lua 来配合引擎完成数据描述、配置管理和逻辑控制等任务。即使像 Redis 这样中性的内存键值数据库也提供了内嵌用户 Lua 脚本的官方支持。

作为一门过程型动态语言,Lua 有着如下的特性:

  1. 变量名没有类型,值才有类型,变量名在运行时可与任何类型的值绑定;
  2. 语言只提供唯一一种数据结构,称为表(table),它混合了数组、哈希,可以用任何类型的值作为 key 和 value。提供了一致且富有表达力的表构造语法,使得 Lua 很适合描述复杂的数据;
  3. 函数是一等类型,支持匿名函数和正则尾递归(proper tail recursion);
  4. 支持词法定界(lexical scoping)和闭包(closure);
  5. 提供 thread 类型和结构化的协程(coroutine)机制,在此基础上可方便实现协作式多任务;
  6. 运行期能编译字符串形式的程序文本并载入虚拟机执行;
  7. 通过元表(metatable)和元方法(metamethod)提供动态元机制(dynamic meta-mechanism),从而允许程序运行时根据需要改变或扩充语法设施的内定语义;
  8. 能方便地利用表和动态元机制实现基于原型(prototype-based)的面向对象模型;
  9. 从 5.1 版开始提供了完善的模块机制,从而更好地支持开发大型的应用程序;

Lua 的语法类似 PASCAL 和 Modula 但更加简洁,所有的语法产生式规则(EBNF)不过才 60 几个。熟悉 C 和 PASCAL 的程序员一般只需半个小时便可将其完全掌握。而在语义上 Lua 则与 Scheme 极为相似,她们完全共享上述的 1 、3 、4 、6 点特性,Scheme 的 continuation 与协程也基本相同只是自由度更高。最引人注目的是,两种语言都只提供唯一一种数据结构:Lua 的表和 Scheme 的列表(list)。正因为如此,有人甚至称 Lua 为“只用表的 Scheme”。

Lua 和 LuaJIT 的区别

Lua 非常高效,它运行得比许多其它脚本(如 Perl、Python、Ruby)都快,这点在第三方的独立测评中得到了证实。尽管如此,仍然会有人不满足,他们总觉得“嗯,还不够快!”。LuaJIT 就是一个为了再榨出一些速度的尝试,它利用即时编译(Just-in Time)技术把 Lua 代码编译成本地机器码后交由 CPU 直接执行。LuaJIT 2 的测评报告表明,在数值运算、循环与函数调用、协程切换、字符串操作等许多方面它的加速效果都很显著。凭借着 FFI 特性,LuaJIT 2 在那些需要频繁地调用外部 C/C++ 代码的场景,也要比标准 Lua 解释器快很多。目前 LuaJIT 2 已经支持包括 i386、x86_64、ARM、PowerPC 以及 MIPS 等多种不同的体系结构。

LuaJIT 是采用 C 和汇编语言编写的 Lua 解释器与即时编译器。LuaJIT 被设计成全兼容标准的 Lua 5.1 语言,同时可选地支持 Lua 5.2 和 Lua 5.3 中的一些不破坏向后兼容性的有用特性。因此,标准 Lua 语言的代码可以不加修改地运行在 LuaJIT 之上。LuaJIT 和标准 Lua 解释器的一大区别是,LuaJIT 的执行速度,即使是其汇编编写的 Lua 解释器,也要比标准 Lua 5.1 解释器快很多,可以说是一个高效的 Lua 实现。另一个区别是,LuaJIT 支持比标准 Lua 5.1 语言更多的基本原语和特性,因此功能上也要更加强大。

若无特殊说明,我们接下来的章节都是基于 LuaJIT 进行介绍的。

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