Lua

Запрос «Луа» перенаправляется сюда; см. также другие значения.

Об использовании языка Lua в Википедии см. Википедия:Модули.

Не следует путать с LUA.

Lua

Класс языка:	мультипарадигмальный: императивный, функциональный, объектно-ориентированный (прототипный), скриптовый, встраиваемый
Тип исполнения:	интерпретируемый, JIT-компилируемый
Появился в:	1993
Автор:	Роберту Иерузалимски, Валдемар Селиш, Луиш Энрике ди Фигейреду
Система типов:	динамическая, строгая, «утиная»
Основные реализации:	Lua, [luajit.org/ LuaJIT], [code.google.com/p/llvm-lua/ LLVM-Lua], [www.lua.inf.puc-rio.br/luaclr LuaCLR], [www.codeplex.com/Nua Nua], [code.google.com/p/lua-alchemy/ Lua Alchemy] и др.
Диалекты:	[metalua.luaforge.net/ MetaLua]
Испытал влияние:	Scheme, Снобол, Модула, Клу, C++
Повлиял на:	JavaScript, Ruby, Io, GameMonkey, Squirrel, Dao, MiniD
Лицензия:	лицензия MIT
Сайт:	[www.lua.org .org]

Lua (лу́а, с порт. — «луна») — скриптовый язык программирования, разработанный в подразделении Tecgraf (Computer Graphics Technology Group) Католического университета Рио-де-Жанейро (Бразилия). Интерпретатор языка является свободно распространяемым, с открытыми исходными текстами на языке Си.

По возможностям, идеологии и реализации язык ближе всего к JavaScript, однако Lua отличается более мощными и гораздо более гибкими конструкциями. Хотя Lua не содержит понятия класса и объекта в явном виде, механизмы объектно-ориентированного программирования, включая множественное наследование, легко реализуются с использованием метатаблиц, которые также отвечают за перегрузку операций и т. п. Реализуемая модель объектно-ориентированного программирования — прототипная (как и в JavaScript).

Язык широко используется для создания тиражируемого программного обеспечения (например, на нём написан графический интерфейс пакета Adobe Lightroom). Также получил известность как язык программирования уровней и расширений во многих играх (в том числе World of Warcraft и Garry's Mod) из-за удобства встраивания, скорости исполнения кода и лёгкости обучения.

История

Lua разработана подразделением Tecgraf (группа технологий компьютерной графики) Католического университета Рио-де-Жанейро в Бразилии, история языка ведёт отсчёт с 1993 года. Авторы языка — Роберто Иерусалимский, Луиш Энрике ди Фигейреду (Luiz Henrique de Figueiredo) и Валдемар Селиш (Waldemar Celes). Lua распространяется свободно, с открытыми исходными текстами на языке Си.

Историческими родителями Lua были языки конфигурирования и описания данных SOL (Simple Object Language) и DEL (Data-Entry Language). Они были независимо разработаны в Tecgraf в 1992—1993 годах для добавления некоторой гибкости в два отдельных проекта (оба были интерактивными графическими приложениями для конструкторских нужд в компании Petrobras). В SOL и DEL отсутствовали какое-либо управляющие конструкции, и Petrobras чувствовал растущую необходимость в добавлении к ним полноценного программирования.

Как пишет автор языка в The Evolution of Lua:

В 1993 году единственным реальным претендентом был Tcl, который был специально создан для встраивания в приложения. Однако у Tcl был непривычный синтаксис, не было хорошей поддержки описания данных, и запускался он только на платформах Unix. Мы не рассматривали LISP или Scheme из-за их недружелюбного синтаксиса. Python был ещё во младенческом возрасте. В атмосфере «сделай сам», которая тогда царила в Tecgraf, было вполне естественно, что мы решили разработать наш собственный скриптовый язык. Из-за того, что большинство пользователей не были профессиональными программистами, языку следовало избегать замысловатого синтаксиса и семантики. Реализация нового языка должна быть легко портируема, так как клиенты Tecgraf имели очень разнообразные платформы. Наконец, поскольку мы ожидали, что другим продуктам Tecgraf также понадобится встроенный скриптовый язык, новый язык должен следовать примеру SOL и предоставляться в виде библиотеки с API на C.

Lua 1.0 была спроектирована таким образом, что её конструкторы объектов, тогда чуть отличающиеся от текущего лёгкого и гибкого стиля, включали в себя синтаксис языка SOL (отсюда название Lua: по-португальски sol — «солнце», lua — «луна»). Управляющие конструкции Lua в основном заимствованы из Modula (if, while, repeat/until), хотя на них также повлияли CLU (параллельное присваивание, множественное возвращаемое значение функции как более простая альтернатива вместо передачи параметров по ссылке или явных указателей), C++ («отличная идея объявлять локальные переменные лишь тогда, когда они нужны»), SNOBOL и AWK (ассоциативные массивы). Создатели Lua также признают, что единый вездесущий механизм структурирования данных в LISP и Scheme (связный список) оказал большое влияние на их решение о выборе таблиц в качестве основной структуры данных для Lua.

Версии Lua вплоть до 5.0 выпускались под лицензией, подобной лицензии BSD. Начиная с версии 5.0 и выше Lua распространяется под лицензией MIT. Обе лицензии являются пермиссивными и практически идентичны.

Некоторые возможности

Lua обычно называют мультипарадигменным языком. Он обеспечивает небольшой набор базовых механизмов, которые могут быть расширены для решения различных задач, а не набор сложных жёстких спецификаций, обеспечивающих программирование в единой парадигме.

Так, в Lua отсутствует явная поддержка наследования, однако оно легко реализуется с помощью метатаблиц.

В общем, Lua стремится обеспечить гибкие метафункции, которые могут быть расширены по мере необходимости, а не поставлять набор функций, специфичных для одной парадигмы программирования. Как результат, основа языка легка и легко адаптируема к большинству приложений.

Lua — это динамически типизированный язык, предназначенный для использования в качестве расширения или в качестве скриптового языка, и при этом достаточно компактный, чтобы поместиться на различных исполняющих платформах. Он поддерживает небольшое количество структур данных, такие как логические значения, числа (по умолчанию — двойной точности с плавающей точкой), а также строки. Типичные структуры данных, такие как массивы, наборы, списки и записи, могут быть представлены с использованием родной структуры данных Lua — таблицы, которая по существу является гетерогенным ассоциативным массивом.

Lua реализует небольшой набор дополнительных функций, такие как сборщик мусора, принудительное приведение типов и прочие. Включая минимальный набор типов данных, Lua пытается найти баланс между мощностью и размером.

Параллельное присваивание

Подобно таким скриптовым языкам, как Perl, Python, Ruby и Icon, допускает параллельное присваивание. В простейшем случае это позволяет писать выражения вида:

x, y = y, x

Типы

Lua представляет собой язык с динамическим определением типов данных. Переменная языка может содержать значения любого типа. Все значения в Lua могут храниться в переменных, использоваться в качестве аргументов при вызове функций и возвращаться в виде результата их выполнения.

В Lua восемь основных типов:

1. nil (неопределенный)
2. boolean (логический)
3. number (числовой, с версии 5.3 добавлена возможность явного определения целого или вещественного формата числа)
4. string (строковый)
5. function (функция)
6. userdata (пользовательские данные)
7. thread (поток)
8. table (таблица)

nil — это тип значения nil [пустое значение], главное свойство которого — отличаться от всех остальных значений и обозначать отсутствие пригодного значения. К типу boolean относятся значения false (ложь) и true (истина). Значения nil и false считаются ложными, любое другое значение считается истинным. К типу number относятся обычно вещественные числа (double), но внутреннее представление чисел можно изменить при сборке интерпретатора. Тип string обозначает массивы символов. Строки Lua могут содержать любые 8-битные символы, включая ноль ('\0'). Строки неизменяемы.

Таблицы

Таблицы являются самым важным типом данных в Lua и являются фундаментом для пользовательских типов данных, таких как структуры, массивы, списки, множества. Таблица в Lua представляет собой набор пар — (Ключ, Значение). Ключом может выступать значение любого типа, кроме nil.

Замыкания

Lua поддерживает концепцию замыканий, например:

function makeaddfunc(x)
  -- Возвращает новую анонимную функцию, которая добавляет x к аргументу
  return function(y)
    -- Когда мы ссылаемся на переменную x, которая вне текущей области,
    -- и время жизни которой меньше, чем этой анонимной функции, 
    -- Lua создаёт замыкание.
    return x + y
  end
end
plustwo = makeaddfunc(2)
print(plustwo(5)) -- Выводит 7

Каждый раз, когда вызывается makeaddfunc, создаётся новое замыкание для переменной x, так что каждая возвращаемая анонимная функция будет ссылаться на свой параметр x. Как и у любого другого объекта Lua, временем жизни замыкания управляет сборщик мусора.

Примеры кода

Классическая программа «Hello, world!» на Lua выглядит вот так:

print("Hello World!")

Для комментариев используется следующий синтаксис, близкий к языкам Ada, SQL и VHDL:

-- Комментарии в Lua начинаются с двойного дефиса и продолжаются до конца строки.
--[[Многострочные текстовые литералы и комментарии
 берут в двойные квадратные скобки.]]

Факториал — пример рекурсивной функции:

function factorial(n)
  if n == 0 then
    return 1
  else
    return n * factorial(n - 1)
  end
end

Цикл со счётчиком:

for i = 1,5 do
     -- Statements
end

Работа с функциями как с объектами первого класса демонстрируется в следующем примере, в котором модифицируется поведение функции print:

do
  local oldprint = print   -- Сохраняем текущую функцию print как oldprint
  function print(s)        -- Переопределяем функцию print
    if s == "foo" then
      oldprint("bar")
    else
      oldprint(s)
    end
  end
end

Любой будущий вызов print теперь будет перенаправлен к новой функции, и благодаря поддержке в Lua лексического контекста, старая функция print будет доступна только посредством новой, модифицированной функции print. Lua также поддерживает замыкания, как описано выше, в соответствующем разделе.

Ключевой особенностью Lua является расширяемая семантика, механизм метатаблиц даёт большие возможности по настройке уникального поведения для таблиц Lua. В следующем примере демонстрируется «бесконечная» таблица. Для любого <math>n</math>, fibs[n] даст <math>n</math>-е число Фибоначчи с использованием мемоизации.

fibs = { 1, 1 } -- Первоначальные значения для fibs[1] и fibs[2].
setmetatable(fibs, { 
  __index = function(name, n)            -- Вызов функции, если fibs[n] не существует.
    name[n] = name[n - 1] + name[n - 2]  -- Расчёт и мемоизация fibs[n].
    return name[n]                       
  end
})

Реализация

Как и многие интерпретируемые языки программирования, реализация Lua имеет отдельно компилятор с исходного языка в исполняемый байт-код и виртуальную машину для исполнения сгенерированного байт-кода. Причём байт-код — это не команды стековой машины, а команды некоего виртуального процессора с несколькими регистрами, что повышает эффективность исполнения. В стандартной виртуальной машине Lua используется распределение памяти со сборкой мусора (аналогично Java или .NET).

Lua использует единый строковый пул, что позволяет снизить расходы памяти на хранение строк.

Для задач, критичных по времени, имеется JIT-компилятор Lua — LuaJIT. Также разработан компилятор llvm-lua, генерирующий код для виртуальной машины LLVM, предоставляющей возможность последующей компиляции в очень эффективный машинный код для процессоров различной архитектуры.

Использование

См. также категорию: Программное обеспечение, использующее Lua

В настоящее время используется в различных проектах, где требуется встроить достаточно быстрый и нетрудный в освоении скриптовый язык программирования — например, в разработке игр, где Lua часто используется в качестве прослойки между игровым движком и данными для написания сценариев поведения/взаимодействия объектов.

Игры

Первыми в разработку компьютерных игр язык Lua внедрила компания LucasArts, начиная с игры Grim Fandango. Авторы языка в своём докладе на конференции HOPL вспоминают, что в январе 1997 они получили сообщение от Брета Могилефски, главного разработчика Grim Fandango, где он писал, что, прочитав о языке в статье 1996 года в Dr. Dobb’s Journal, он планирует заменить используемый ими самодельный скриптовый язык SCUMM на Lua. В результате им был создан игровой движок GrimE, используемый также более поздним квестом от LucasArts — Escape from Monkey Island.

В 2003 году в результате опроса на сайте GameDev.net Lua был признан самым популярным скриптовым языком для разработки игр.

Примером игры, программируемой с помощью Lua, является World of Warcraft. На языке Lua описываются уровни игры-головоломки Enigma.

Доступен ряд свободных игровых движков, программируемых на Lua, таких, как аркадный движок LÖVE, игровой конструктор Novashell и ориентированный на квесты (преимущественно — текстовые) INSTEAD.

Также используется в авиасимуляторе X-Plane, в движке X-Ray для S.T.A.L.K.E.R.

Для популярной игры Minecraft созданы модификации ComputerCraft и его более совершенный аналог OpenComputers, которые добавляют компьютеры, программируемые на языке Lua.

Зарубежная команда Croteam (разработчики Serious Sam и The Talos Principle) используют Lua в скриптах начиная с версии Serious Engine 3.5.

IDE

• ZeroBrane Studio
• Decoda
• Geany
• Lua Development Tools для среды Eclipse

Литература

• Роберто Иерузалимски. Программирование на языке Lua. — 3-е изд.. — ДМК, 2014. — ISBN 9785940747673. (оригинал: Roberto Ierusalimschy. Programming in Lua. — 3-nd ed.. — 2012. — ISBN 9788590379850.)
• Ian Dees. Lua // Seven More Languages in Seven Weeks. Languages That Are Shaping the Future / Bruce Tate, Fred Daoud, Jack Moffitt, Ian Dees. — The Pragmatic Bookshelf, 2015. — С. 1-48. — 320 с. — ISBN 978-1941222157.
• Mário Kašuba. Lua Game Development Cookbook. — Packt Publishing, 2015. — 402 с. — ISBN 978-1849515504.
• David Young. Learning Game AI Programming with Lua. — Packt Publishing, 2014. — 352 с. — ISBN 978-1783281336.
• Jayant Varma. [books.google.com/books?id=dLI7IloCzR8C Learn Lua for iOS Game Development]. — Apress, 2012. — 410 с. — ISBN 9781430246626.
• Kurt Jung, Aaron Brown. [books.google.com/books?id=Br8l4Z_XUgoC Beginning Lua Programming]. — John Wiley & Sons, 2011. — 675 с. — (Programmer to Programmer). — ISBN 9781118079119.

История языка

• R. Ierusalimschy, L. H. de Figueiredo, W. Celes [www.lua.org/doc/hopl.pdf The evolution of Lua] // Proceedings of ACM HOPL III. 2-1–2-26. — 2007.
• Roberto Ierusalimschy, Luiz Henrique de Figueiredo, Waldemar Celes. [www.lua.org/history.html The evolution of an extension language: a history of Lua]. Reprint from Proceedings of V Brazilian Symposium on Programming Languages (2001) B-14–B-28.. Проверено 9 декабря 2011. [www.webcitation.org/65Boxgnss Архивировано из первоисточника 4 февраля 2012]. (перевод [habrahabr.ru/post/229269 Эволюция языка расширений: история Lua] (рус.))

• Федерико Бьянкуцци, Шейн Уорден. Глава 7. Lua // Пионеры программирования. Диалоги с создателями наиболее популярных языков программирования = Masterminds of Programming: Conversations with the Creators of Major Programming Languages. — Символ, 2011. — С. 211-230. — 608 с. — 1500 экз. — ISBN 9785932861707.
• [www.computerworld.com.au/index.php/id;1028768484;fp;4194304;fpid;1 Интервью Роберто Иерусалимского] для Computerworld о языке Lua

Ссылки

• [www.Lua.org Официальный сайт разработчиков Lua] (англ.)
• [Luaforge.net Сайт проектов Lua] (англ.)
• [Lua-users.org Сайт пользователей Lua] (англ.)
• [www.lua.org/manual/5.3/ Справочное руководство по языку Lua 5.3] (англ.)

Lua-проекты

• [www.keplerproject.org Kepler Project team] — Платформа веб-разработки под Lua (англ.)
• [luagl.luaforge.net LuaGL] — интерфейс к OpenGL для Lua 5.1
• [raidar.github.io/Programs/FarScripts.htm#LuaFAR LuaFAR] — движок Lua-плагинов и скриптов для файлового менеджера

Lua на русском

Переводы руководств

• Справочное руководство по языку Lua 5.1 (включая дополнительные библиотеки, используемые при работе с MediaWiki)
• [www.scarface.ru/modules.php?name=Downloads&d_op=viewdownloaddetails&lid=2 Русскоязычный мануал по Lua 5.0] — фрагмент справочного руководства по языку Lua 5.0 для написания скриптов для игр Heroes of Might and Magic V и Серп и молот
• [www.rldp.ru/mysql/mysqldev/glava04.htm Справочное руководство по языку Lua 4.0]

Статьи и обзоры

• Мартин Страйчер. [www.ibm.com/developerworks/ru/library/l-lua/ Создание встраиваемых сценариев на языке Lua]
• Андрей Зубинский. [itc.ua/articles/eshhe_odin_letnij_yazyk_programmirovaniya_20951 Еще один «летний» язык программирования] ([itc.ua/articles/eshhe_odin_letnij_yazyk_programmirovaniya_chast_2_21025 часть 2]; [itc.ua/articles/eshhe_odin_letnij_yazyk_programmirovaniya_chast_3_21293 часть 3]; [itc.ua/articles/eshhe_odin_letnij_yazyk_programmirovaniya_chast_4_21409 часть 4])
• Ash Matheson. [club.shelek.ru/viewart.php?id=77 Введение в Lua] — перевод статьи [www.gamedev.net/reference/articles/article1932.asp An Introduction to Lua] (англ.)
• Keith Fieldhouse. [netsago.org/ru/docs/1/4/ Введение в Lua] — перевод статьи [www.onlamp.com/pub/a/onlamp/2006/02/16/introducing-lua.html Introducing Lua] (англ.)
• [wiki.linuxformat.ru/wiki/LXF122:LUA Серия статей о Lua] // Linux Format
• [ilovelua.narod.ru/ Я люблю Lua] — уроки по языку Lua и его встраиванию в C++ приложения ([ilovelua.wordpress.com/ Новый Сайт])
• [robot-develop.org/archives/3717 Использование Lua в робототехнике]