Lua程序设计.docx
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Lua程序设计.docx
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Lua程序设计
Lua程序设计
第一篇语言
第0章序言
0.1序言
0.2Lua的使用者
0.3Lua的相关资源
0.4本书的体例
0.5关于本书
0.6感谢
第1章起点
1.1Chunks
1.2全局变量
1.3词法约定
1.4命令行方式
第2章类型和值
2.1Nil
2.2Booleans
2.3Numbers
2.4Strings
2.5Functions
2.6UserdataandThreads
第3章表达式
3.1算术运算符
3.2关系运算符
3.3逻辑运算符
3.4连接运算符
3.5优先级
3.6表的构造
第4章基本语法
4.1赋值语句
4.2局部变量与代码块(block)
4.3控制结构语句
4.4break和return语句
第5章函数
5.1多返回值
5.2可变参数
5.3命名参数
第6章再论函数
6.1闭包
6.2非全局函数
6.3正确的尾调用(ProperTailCalls)
第7章迭代器与泛型for
7.1迭代器与闭包
7.2范性for的语义
7.3无状态的迭代器
7.4多状态的迭代器
7.5真正的迭代器
第8章编译·运行·错误信息
8.1require函数
8.2CPackages
8.3错误
8.4异常和错误处理
8.5错误信息和回跟踪(Tracebacks)
第9章协同程序
9.1协同的基础
9.2管道和过滤器
9.3用作迭代器的协同
9.4非抢占式多线程
第10章完整示例
10.1Lua作为数据描述语言使用
10.2马尔可夫链算法
第二篇tables与objects
第11章数据结构
11.1数组
11.2矩阵和多维数组
11.3链表
11.4队列和双向队列
11.5集合和包
11.6字符串缓冲
第12章数据文件与持久化
12.1序列化
12.1.1保存不带循环的table
12.1.2保存带有循环的table
第13章MetatablesandMetamethods
13.1算术运算的Metamethods
13.2关系运算的Metamethods
13.3库定义的Metamethods
13.4表相关的Metamethods
13.4.1The__indexMetamethod
13.4.2The__newindexMetamethod
13.4.3有默认值的表
13.4.4监控表
13.4.5只读表
第14章环境
14.1使用动态名字访问全局变量
14.2声明全局变量
14.3非全局的环境
第15章Packages
15.1基本方法
15.2私有成员(Privacy)
15.3包与文件
15.4使用全局表
15.5其他一些技巧(OtherFacilities)
第16章面向对象程序设计
16.1类
16.2继承
16.3多重继承
16.4私有性(privacy)
16.5Single-Method的对象实现方法
第17章Weak表
17.1记忆函数
17.2关联对象属性
17.3重述带有默认值的表
第三篇标准库
第18章数学库
第19章Table库
19.1数组大小
19.2插入/删除
19.3排序
第20章String库
20.1模式匹配函数
20.2模式
20.3捕获(Captures)
20.4转换的技巧(TricksoftheTrade)
第21章IO库
21.1简单I/O模式
21.2完全I/O模式
21.2.1I/O优化的一个小技巧
21.2.2二进制文件
21.3关于文件的其它操作
第22章操作系统库
22.1Date和Time
22.2其它的系统调用
第23章Debug库
23.1自省(Introspective)
23.1.1访问局部变量
23.1.2访问Upvalues
23.2Hooks
23.3Profiles
第四篇CAPI
第24章CAPI纵览
24.1第一个示例程序
24.2堆栈
24.2.1压入元素
24.2.2查询元素
24.2.3其他堆栈操作
24.3CAPI的错误处理
24.3.1应用程序中的错误处理
24.3.2类库中的错误处理
第25章扩展你的程序
25.1表操作
25.2调用Lua函数
25.3通用的函数调用
第26章调用C函数
26.1C函数
26.2C函数库
第27章撰写C函数的技巧
27.1数组操作
27.2字符串处理
27.3在C函数中保存状态
27.3.1TheRegistry
27.3.2References
27.3.3Upvalues
第28章User-DefinedTypesinC
28.1Userdata
28.2Metatables
28.3访问面向对象的数据
28.4访问数组
28.5LightUserdata
第29章资源管理
29.1目录迭代器
29.2XML解析
第四篇附录
A.终端机控制符
第一篇语言
第0章序言
本章包括作者的序言、文章的体例(convention)以及其它一些“每本书开头都会的内容”。
0.1序言
目前很多程序语言都专注于帮你编写成千上万行的代码,所以此类型的语言所提供的包、命名空间、复杂的类型系统及无数的结构,有上千页的文档需要操作者学习。
而Lua并不帮你编写大量的代码的程序,相反的,Lua仅让你用少量的代码解决关键问题。
为实现这个目标,像其他语言一样Lua依赖于其可扩展性。
但是与其他语言不同的是,不仅用Lua编写的软件易于扩展,而且用其他语言比如C/C++编写的软件也很容易使用Lua扩展其功能。
一开始,Lua就被设计成很容易和传统的C/C++整合的语言。
这种语言的二元性带来了极大的好处。
Lua是一个小巧而简单的语言,因为Lua不致力于做C语言已经做得很好的领域,比如:
性能、底层操作以及与第三方软件的接口。
Lua依赖于C去做完成这些任务。
Lua所提供的机制是C不善于的:
高级语言、动态结构、简洁、易于测试和调试等。
正因为如此,Lua具有良好的安全保证,自动内存管理,简便的字符串处理功能及其他动态数据的改变。
Lua不仅是一种易于扩展的语言,也是一种易整合语言(gluelanguage);Lua支持基于组件的,我们可以将一些已经存在的高级组件整合在一起实现一个应用软件。
一般情况下,组件使用像C/C++等静态的语言编写。
但Lua是我们整合各个组件的粘合剂。
又通常情况下,组件(或对象)表现为具体在程序开发过程中很少变化的、占用大量CPU时间的决定性的程序,例如窗口部件和数据结构。
对那种在产品的生命周期内变化比较多的应用方向使用Lua可以更方便的适应变化。
除了作为整合语言外,Lua自身也是一个功能强大的语言。
Lua不仅可以整合组件,还可以编辑组件甚至完全使用Lua创建组件。
除了Lua外,还有很多类似的脚本语言,例如:
Perl、Tcl、Ruby、Forth、Python。
虽然其他语言在某些方面与Lua有着共同的特色,但下面这些特征是Lua特有的:
①可扩展性。
Lua的扩展性非常卓越,以至于很多人把Lua用作搭建领域语言的工具(注:
比如游戏脚本)。
Lua被设计为易于扩展的,可以通过Lua代码或者C代码扩展,Lua的很多功能都是通过外部库来扩展的。
Lua很容易与C/C++、java、fortran、Smalltalk、Ada,以及其他语言接口。
②简单。
Lua本身简单,小巧;内容少但功能强大,这使得Lua易于学习,很容易实现一些小的应用。
他的完全发布版(代码、手册以及某些平台的二进制文件)仅用一张软盘就可以装得下。
③高效率。
Lua有很高的执行效率,统计表明Lua是目前平均效率最高的脚本语言。
④与平台无关。
Lua几乎可以运行在所有我们听说过的系统上,如NextStep、OS/2、PlayStationII(Sony)、MacOS-9、OSX、BeOS、MS-DOS、IBMmainframes、EPOC、PalmOS、MCF5206eLITEEvaluationBoard、RISCOS,及所有的Windows和Unix。
Lua不是通过使用条件编译实现平台无关,而是完全使用ANSI(ISO)C,这意味着只要你有ANSIC编译器你就可以编译并使用Lua。
Lua大部分强大的功能来自于他的类库,这并非偶然。
Lua的长处之一就是可以通过新类型和函数来扩展其功能。
动态类型检查最大限度允许多态出现,并自动简化调用内存管理的接口,因为这样不需要关心谁来分配内存谁来释放内存,也不必担心数据溢出。
高级函数和匿名函数均可以接受高级参数,使函数更为通用。
Lua自带一个小规模的类库。
在受限系统中使用Lua,如嵌入式系统,我们可以有选择地安装这些类库。
若运行环境十分严格,我们甚至可以直接修改类库源代码,仅保留需要的函数。
记住:
Lua是很小的(即使加上全部的标准库)并且在大部分系统下你仍可以不用担心的使用全部的功能。
0.2Lua的使用者
Lua使用者分为三大类:
使用Lua嵌入到其他应用中的、独立使用Lua的、将Lua和C混合使用的。
第一:
很多人使用Lua嵌入在应用程序,比如CGILua(搭建动态网页)、LuaOrb(访问CORBA对象。
这些类型用Lua-API注册新函数,创建新类型,通过配置Lua就可以改变应用宿主语言的行为。
通常,这种应用的使用者并不知道Lua是一种独立的语言。
例如:
CGILua用户一般会认为Lua是一种用于Web的语言。
第二:
作为一种独立运行的语言,Lua也是很有用的,主要用于文本处理或者只运行一次的小程序。
这种应用Lua主要使用它的标准库来实现,标准库提供模式匹配和其它一些字串处理的功能。
我们可以这样认为:
Lua是文本处理领域的嵌入式语言。
第三:
还有一些使用者使用其他语言开发,把Lua当作库使用。
这些人大多使用C语言开发,但使用Lua建立简单灵活易于使用的接口。
本书面向以上三类读者。
书的第一部分阐述了语言的本身,展示语言的潜在功能。
我们讲述了不同的语言结构,并用一些例子展示如何解决实际问题。
这部分既包括基本的语言的控制结构,也包括高级的迭代子和协同。
第二部分重点放在Lua特有的数据结构——tables上,讨论了数据结构、持久性、包及面向对象编程,这里我们将看到Lua的真正强大之处。
第三部分介绍标准库。
每个标准库一章:
数学库、table库、string库、I/O库、OS库、Debug库。
最后一部分介绍了Lua和C接口的API,这部分介绍在C语言中开发应用而不是Lua中,应用对于那些打算将Lua嵌入到C/C++中的读者可能会对此部分更感兴趣。
0.3Lua的相关资源
如果你真得想学一门语言,参考手册是必备的。
本书和Lua参考手册互为补充,手册仅仅描述语言本身,因此他既不会告诉你语言的数据结构也不会举例说明,但手册是Lua的权威性文档,http:
//www.lua.org可以得到手册的内容。
--Lua用户社区,提供了一些第三方包和文档
http:
//lua-users.org
--本书的更新勘误表,代码和例子
http:
//www.inf.puc-rio.br/~roberto/book/
另外本书仅针对Lua5.0,如果你的版本不同,请查阅Lua手册或者比较版本间的差异。
0.4本书的体例
<1>字符串使用双引号,比如"literalstrings";单字符使用单引号,比如'a';模式串也是用单引号,比如'[%w_]*'。
<2>符号-->表示语句的输出或者表达式的结果:
print(10) -->10
13+3 -->16
<3>符号<-->表示等价,即对于Lua来说,用this与that没有区别。
this <--> that
0.5关于本书
开始打算写这本书是1998年冬天(南半球),那时候Lua版本是3.1;2000年v4.0;2003年v5.0。
很明显的是,这些变化给本书带来很大的冲击,有些内容失去了它存在理由,比如关于超值(upvalues)的复杂的解释。
一些章节被重写,比如CAPI,另外一些章节被增加进来,比如协同处理。
不太明显的是,Lua语言本身的发展对本书的完成也产生了很大的影响。
一些语言的变化在本书中并没有被涵盖进来,这并非偶然的。
在本书的创作过程中,有的时候在某个章节我会突然感觉很困惑,因为我不知道该从何开始或者怎样去讲问题阐述清楚。
当你想尽力去解释清楚如何使用的前提是你应该觉得使用这个东西很容易,这表明Lua某些地方需要被改进。
还有的时候,我顺利的写完某个章节,结果却是没有人能看得懂我写的或者没有人对我在这个章节内表达的观点达成一致。
大部分情况下,这是我的过错因为我是个作家,偶尔我也会因此发现语言本身的一些需要改进的缺陷(举例来说,从upvalues到lexicalscoping的转变是由无意义的尝试所带来的抱怨所引发的,在此书的先前的草稿里,把upvalues形容成是lexicalscoping的一种)。
本书的完成必须服从语言的变化,本书在这个时候完成的原因:
<1>Lua5.0是一个成熟的版本
<2>语言变得越来越大,超出了最初本书的目标。
此外一个原因是我迫切的想将Lua介绍给大家让更多的人了解Lua。
0.6感谢
在完成本书的过程中,很多人给了我极大的帮助:
LuizHenriquedeFigueiredo和WaldemarCeles给了我很大的帮助,使得本书能够更好完成,LuizHenrique也帮助设计了本书的内部。
NoemiRodriguez,AndréCarregal,DiegoNehab,以及GavinWraith阅读了本书的草稿提出了很多有价值的建议。
RenatoCerqueira,CarlosCassino,TomásGuisasola,JoeMyers和EdFerguson也提出了很多重要的建议。
AlexandreNakonechnyj负责本书的封面和内部设计。
RosaneTeles负责CIP数据的准备。
谢谢他们所有人。
第1章起点
写一个最最简单的程序——HelloWorld。
print("HelloWorld")
假定你把上面这句保存在hello.lua文件中,你在命令行只需要:
prompt>luahello.lua
看到结果了吗?
让我们来看一个稍微复杂点的例子:
--definesafactorialfunction
functionfact(n)
ifn==0then
return1
else
returnn*fact(n-1)
end
end
print("enteranumber:
")
a=io.read("*number") --readanumber
print(fact(a))
这个例子定义了一个函数,计算输入参数n的阶乘;本例要求用户输入一个数字n,然后打印n的阶乘。
1.1Chunks
Chunk是一系列语句,Lua执行的每一块语句,比如一个文件或者交互模式下的每一行都是一个Chunk。
每个语句结尾的分号(;)是可选的,但如果同一行有多个语句最好用;分开
a=1 b=a*2 --ugly,butvalid
一个Chunk可以是一个语句,也可以是一系列语句的组合,还可以是函数,Chunk可以很大,在Lua中几个MByte的Chunk是很常见的。
你还可以以交互模式运行Lua,不带参数运行Lua:
Lua5.0 Copyright©1994-2003Tecgraf,PUC-Rio
>
你键入的每个命令(比如:
"HelloWorld")在你键入回车之后立即被执行,键入文件结束符可以退出交互模式(Ctrl-DinUnix,Ctrl-ZinDOS/Windows),或者调用OS库的os.exit()函数也可以退出。
在交互模式下,Lua通常把每一个行当作一个Chunk,但如果Lua一行不是一个完整的Chunk时,他会等待继续输入直到得到一个完整的Chunk.在Lua等待续行时,显示不同的提示符(一般是>>).
可以通过指定参数让Lua执行一系列Chunk。
例如:
假定一个文件a内有单个语句x=1;另一个文件b有语句print(x)
prompt>lua-la-lb
命令首先在一个Chunk内先运行a然后运行b。
(注意:
-l选项会调用require,将会在指定的目录下搜索文件,如果环境变量没有设好,上面的命令可能不能正确运行。
我们将在8.1节详细更详细的讨论therequirefunction)
-i选项要求Lua运行指定Chunk后进入交互模式.
prompt>lua-i-la-lb
将在一个Chunk内先运行a然后运行b,最后直接进入交互模式。
另一个连接外部Chunk的方式是使用dofile函数,dofile函数加载文件并执行它.假设有一个文件:
--file'lib1.lua'
functionnorm(x,y)
localn2=x^2+y^2
returnmath.sqrt(n2)
end
functiontwice(x)
return2*x
end
在交互模式下:
>dofile("lib1.lua") --loadyourlibrary
>n=norm(3.4,1.0)
>print(twice(n)) -->7.0880180586677
-i和dofile在调试或者测试Lua代码时是很方便的。
1.2全局变量
全局变量不需要声明,给一个变量赋值后即创建了这个全局变量,访问一个没有初始化的全局变量也不会出错,只不过得到的结果是:
nil.
print(b) -->nil
b=10
print(b) -->10
如果你想删除一个全局变量,只需要将变量负值为nil
b=nil
print(b) -->nil
这样变量b就好像从没被使用过一样.换句话说,当且仅当一个变量不等于nil时,这个变量存在。
1.2词法约定
标示符:
字母(letter)或者下划线开头的字母、下划线、数字序列.最好不要使用下划线加大写字母的标示符,因为Lua的保留字也是这样的。
Lua中,letter的含义是依赖于本地环境的。
保留字:
以下字符为Lua的保留字,不能当作标识符。
and break do else elseif
end false for function if
in local nil not or
repeat return then true until
while
注意:
Lua是大小写敏感的.
注释:
单行注释:
--
多行注释:
--[[ --]]
--[[
print(10) --noaction(comment)
--]]
1.4命令行方式
lua[options][script[args]]
-e:
直接将命令传入Lua
prompt>lua-e"print(math.sin(12))" -->-0.53657291800043
-l:
加载一个文件.
-i:
进入交互模式.
_PROMPT内置变量作为交互模式的提示符
prompt>lua-i-e"_PROMPT='lua>'"
lua>
Lua的运行过程,在运行参数之前,Lua会查找环境变量LUA_INIT的值,如果变量存在并且值为@filename,Lua将加载指定文件。
如果变量存在但不是以@开头,Lua假定filename为Lua代码文件并且运行他。
利用这个特性,我们可以通过配置,灵活的设置交互模式的环境。
可以加载包,修改提示符和路径,定义自己的函数,修改或者重命名函数等。
全局变量arg存放Lua的命令行参数。
prompt>luascriptabc
在运行以前,Lua使用所有参数构造arg表。
脚本名索引为0,脚本的参数从1开始增加。
脚本前面的参数从-1开始减少。
prompt>lua-e"sin=math.sin"scriptab
arg表如下:
arg[-3]="lua"
arg[-2]="-e"
arg[-1]="sin=math.sin"
arg[0]="script"
arg[1]="a"
arg[2]="b"
第2章类型和值
Lua是动态类型语言,变量不要类型定义。
Lua中有8个基本类型分别为:
nil、boolean、number、string、userdata、function、thread和table。
函数type可以测试给定变量或者值的类型。
print(type("Helloworld")) -->string
print(type(10.4*3)) -->number
print(type(print)) -->function
print(type(type)) -->function
print(type(true)) -->boolean
print(type(nil)) -->nil
print(type(type(X))) -->string
变量没有预定义的类型,每一个变量都可能包含任一种类型的值。
print(type(a)) -->nil ('a'isnotinitialized)
a=10
print(type(a)) -->number
a="astring!
!
"
print(type(a)) -->string
a=print --yes,thisisvalid!
a(type(a)) -->function
注意上面最后两行,我们可以使用function像使用其他值一样使用(更多的介绍参考第六章)。
一般情况下同一变量代表不同类型的值会造成混乱,最好不要用,但是特殊情况下可以带来便利,比如nil。
2.1Nil
Lua中特殊的类型,他只有一个值:
nil;一个全局变量没有被赋值以前默认值为nil;给全局变量赋nil可以删除该变量。
2.2Booleans
两个取值false和true。
但要注意Lu
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