用Lua编写iOS程序

原文：http://luanova.org/ioswithlua/

 

本文讨论用Lua创建iOS应用的3种方法。包括用Lua创建完整的应用（Corona）一直到用Lua作为app中的脚本元素（通过Wax或diy）。在此之前，我们需要问自己两个问题：

1、为什么要使用Lua？

2、苹果允许使用Lua吗？

这两个问题是紧密相关的。

如果你在此之前对Lua一无所知，我会简单介绍一下Lua。如果你熟悉Lua，则可以跳过这部分内容。

 

关于Lua

 

Lua是一个高效、轻量级、嵌入式脚本语言。类似Javascrip、Ruby或Python。有许多和我一样的使用者，都认为Lua是一种简洁优雅的语言。

Lua始于1993年巴西里约热内卢宗铎天主教大学的Roberto Ierusalimschy, Waldemar Celes 和Luiz Henrique de Figueiredo。它应用在Mi Casa Verde, Adobe Lightroom, Celestia, lighttpd,LuaTeX, nmap,Wireshark, 思科的Adaptive Security Appliance, pbLua,以及成千上万的游戏中（包括 Grim Fandango(神通鬼大),魔兽世界,Tap Tap Revenge(劲乐团)等）。Lua采用MIT协议——这意味着Lua基本无碍于商业和非商业目的。

Lua的主要数据构建机制是表——可变数组和哈希表的结合。列表1列出了一个Lua Table，假设我们用于描述汽车和它的每加仑行驶里程数。我们可以用字符串类型的键来储存车辆信息，如license和make。而采用数字下标索引的方式存储一系列的每加仑里程数。

 

列表 1: 一个 Lua Table类型

 

  car_data = { license = 'XVW1942', make = 'Volvo',                model = 'XC70',30, 31.3,32.4, 34.0}

   print(car_data[1])               -- 30

 print(car_data['license'])       -- XVW1942

print(car_data.license)          -- XVW1942 (also!)

 

在Lua中，数组下标从1开始，而不是0。'--'表示注释开始直至行末。让你想不到的是，Lua既不是面向对象的语言，也不是函数编程语言。但是，它也提供了几种机制允许你定制自己的高级特性。Lua中内包含了各种不同的对象系统如：传统OO系统和无类化OO系统（比如Oracle的Self语言和Io语言。译者注*  这两种都是基于范型的语言）。Lua支持“first class 函数”（译者注*其实是匿名函数， Lua可以在运行时随时构造出一个函数，并把它看作一个对象），闭包以及元特性（如元表和元方法）。Lua能很好地满足函数式编程的需要。

关于Lua 的面向对象编程的介绍，请阅读《Lua 编程》（这本书很好地介绍了Lua的方方面面）。你也应当阅读Luawiki上的Lua示例。

列表2列出了链表类的一种实现。变量List实际上是table，用作所有链表对象的元表。它实现了一种向后查找表索引的类似于类的事件处理机制。"List.__index=List"一行允许我们为List对象创建方法。方法是保存在List元表中的函数。当我们调用list对象的这些函数时，将在List元表中查找这些函数的定义并运行。

这段代码显示了Lua的一系列增强特性：多赋值（以及函数返回多个返回值），方法调用语法糖（':' 符号的作用，类似于在函数调用中增加了一个self参数，这在许多语言，从Python到OC都能见到）。

 

列表 2: Linked List 类

List = {}

List.__index = List

 

function List:new()

  local l = { head = {},tail = {}, size = 0 }

  l.head.__next,l.tail.__prev = l.tail, l.head

  return setmetatable(l,self)

end

 

function List:first()

  if self.size > 0 then

    returnself.head.next

  else

    return nil

  end

end

 

function List:addFirst(elem)

   local node = { prev= self.head, value = elem,

                       next = self.head.next }

   node.next.prev =node

   self.head.next =node

   self.size =self.size + 1

end

 

mylist = List:new()

mylist:addFirst(12)

print(mylist:first())

 

在这里，我忽略了一些重要的和有趣的东西（比如闭包）。但至少，你已经学到了一点Lua的皮毛。在后面我们进入iPhone编码的时候，会看到更多的Lua代码。更多关于Lua的介绍，请阅读这个网站。

 

iOS支持脚本吗？

 

正如本文开头列出的两个问题，尤其是第2个问题：“iPhone允许使用Lua（或其他解释型语言）吗？”毕竟，早在苹果的IDP许可协议中就已经阐明“只有苹果官方的API和内置解释器所支持的解释型代码能被下载或用于app中”。

事实上，本文的拟写大纲时，苹果已经改变了原来禁止开发者在app使用除OC和Javascript（Javascript能在web app或者本地 app中使用——通过UIWebView）以外的其他语言的条款（circa2010 四月）。最近（2010 九月），苹果再次改变了这个条款，允许使用脚本语言。

但仍然有几个重要的限制。更主要的是，虽然你可以使用Lua（及其它脚本语言），但你的app不能允许用户从web上下载插件（用过应用程序购买吗？），也不能允许用户编写脚本、下载脚本等。有大量的商店应用在使用Lua这样的语言（比如劲乐团）。

当然，在app中包含Lua这类语言的两个最为主要的作用，就是创建插件系统，让用户自己能够编写脚本。除此之外还有许多。

 

如何在iOS开发中使用Lua？

 

尽管你不能为终端用户创建一个插件系统，也不能让用户自己编写脚本，但你仍然能以一种插件的方式开发你的系统！这可以加快原型的开发速度，同时在下个版本中有助于添加新的功能。使用Lua还有另一种好处，它允许你进行“快速原型开发”（我最喜欢抱怨的一句话：不要闭门造车式地编程），缓解甚至不需要内存管理，允许更多的团队成员参与到开发中来（有许多Lua项目根本没有程序员在编写代码），应用程序优化更加轻松，提供更强劲的持久化机制。

简而言之，Lua节省了开发时间，降低了开发门槛。生活变得如此轻松愉快！假设你已经决定使用Lua，那么我们该如何做起呢？

 

Corona

 

 

Ansca Mobile公司的Corona允许你完全用Lua来开发iOS应用，以及Android应用。你可以用同样的源代码编译出iOS和Android程序。这正是Lua（实际上是Corona）为何如此吸引人的原因：跨平台。

列表3 是一个app的全部源代码。

 

列表3: Swirly Text 应用中的main.lua

 

local w, h = display.stageWidth, display.stageHeight

local dx, dy, dtheta = 5, 5, 5

 

 

local background = display.newRect(0, 0, w, h)

background:setFillColor(255, 255, 255)

 

 

local message = display.newText('Hello from Corona', w/2, h/2)

message:setTextColor(0, 0, 200)

 

 

local function update(event)

   local counter_spin =false

  message:translate(dx, dy)

  message:rotate(dtheta)

   if message.x > wor message.x < 0 then

      dx= -1 * dx

     counter_spin = true

   end

   if message.y > hor message.y < 0 then

      dy = -1 * dy

     counter_spin = true

   end

   if counter_spin then

     dtheta = -1 * dtheta

   end

end

 

 

Runtime:addEventListener('enterFrame', update)

 

Corona程序可以用任何文本编辑器开发——我用的是Emacs。所有Lua源代码中用到的资源（图片、声音、数据）必需放在同一个目录，Corona需要main.lua文件来启动app。可以在Corona模拟器中测试代码（支持Intel cpu和Power pc的Mac）。图1显示了我的corona IDE: Emacs（包含Lua文件出口和项目窗口）、Corona终端（可以从诊断中打印调试信息），以及Corona模拟器。

 

图 1: 我的 Corona 'IDE'

 

从左至右（反时针方向）：Corona模拟器、Emacs的两个窗口（源代码窗口和项目目录窗口）、Corona 终端（输出调试信息）。

想要在物理硬件上运行程序，使用Corona 模拟器的Openfor Build命令。要以iOS编译，你应该提供一个Provisioning Profile（开发或部署）——没错，你并不需要IDP帐号——这两个文件随同app代码和资源一同上传到Ansca公司的服务器上，然后将编译结果返回给你。要以Android编译，你应当有适当的签名证书。然后随着编译过程把你的代码传到Ansca的服务器上。你不必安装AndroidSDK。我没有太深入地研究，但编译后的.apk文件和.app文件已经包含了所有你Lua代码以某种方式处理过的东西。短暂的查看后表明，那不是标准的编译后的Lua字节码，但应该是类似的格式。

Corona事件系统可以处理触摸（包括多点触摸），访问GPS和加速器，处理动画以及自定义事件。它还有一个强大的图形系统，允许你绘制圆、矩形和文本。最近还增加了折线，允许你绘制多边形。你可以显示图片。Corona允许你把这些对象组合在一起然后对他们进行变换。列表4，摘自太阳系模拟器的代码片段，展示了组合多个图形对象的简单例子。其他Corona支持的特性还包括声视频播放，加密算法库，LuaSocket网络库，SQLite存取库LuaSQLite等。还能访问本地组件包括textfield、alert和activityindicator。你还可以用webview做诸如登录屏幕之类的事情，有一个示例程序提供了一个库，可以连接到Facebook。我最近看到有一个游戏（很贵）使用了Box2D物理引擎、角色和一些OpenFeint的功能（类似排行榜）。

 

列表 4: 太阳系应用代码片段

 

function new(params)

   local color =params.color or planet_colors[random(#planet_colors)]

   local radius =params.radius or planetRadius()

   local planet =display.newGroup()

 

   planet.theta = 0

   local x = params.x -ox

   local y = params.y -oy

  planet.orbital_radius = sqrt(x*x+y*y)

 

   local body =display.newCircle(x + ox, y + oy, radius, radius)

  body:setFillColor(unpack(color))

   planet:insert(body,true)

   planet.body = body

 

   planet.delta_theta =(40/planet.orbital_radius) * 0.1

 

   return planet

end

 

把table作为函数参数传递，可以使用命名参数并提供默认值。因此会有 local radius = params.radius orplanetRadius() 这样的写法。

Corona为你做了许多，但同时也有许多不足。最大的问题是对本地控件的访问限制。由于Corona模拟器的限制，它对本地控件的访问是糟糕的。在模拟器中，本地alerts和activityindicators用OSX equivalents实现而不是iOS widgets实现的。textfield、textbox以及web popups在模拟器运行时是不可用的。这在开发时让人痛苦。

最后，除了ANSCA标准以外，无法访问O-CAPI。不仅是大量的标准库，而且第3方库也无法使用，如Three20或 mobileads 这样的APIs。当然，随着Corona Android版本的发布，你可能不想访问OC API因为它限制你的应用程序跨平台的能力（或者增加了复杂性）。最好是通过Lua的CAPI来扩展，就像是许多跨平台的项目一样。

我在ANSCA 小组在他们论坛上的讨论非常有用。随着2.0版本（2010.9）的发布，Corona向每位开发者每年收取249美金。对于游戏版，收费每开发者每年349美金。Ansca公司的网站暗示游戏版的价格只是预览版的。这意味着当正式版发布时价格将会更高。

 

DIY

 

很容易把Lua解释器放到iOS app中。打开一个Xcode项目把Lua的源文件（除lua.c和luac.c命令行程序外）加到项目中。编译。你就可以使用标准的LuaC API去创建一个解释起并运行源代码，就像 iLua所做的。你可以在 http://github.com/profburke/ilua下载这个示例代码。iLuaShell是一个简单的view－based application，它提供两个文本框给用户——一个给用户输入Lua代码，另一个是不可编辑的，仅仅是显示Lua代码计算的结果。

 这个工作用evaluate方法完成，如列表5所示。在方法中首先获取第1个文本域的值，把它交给Lua解释器解析和执行，然后把Lua输出结果放到第2个文本域中。

 

列表 5 evaluate 方法

 

-(void)evaluate {

    int err;

 

    [input resignFirstResponder];

    lua_settop(L, 0);

 

    err = luaL_loadstring(L, [input.text

                    cStringUsingEncoding:NSASCIIStringEncoding]);

    if (0 != err) {

        output.text = [NSString stringWithCString:lua_tostring(L, -1)

                            encoding:NSASCIIStringEncoding];

        lua_pop(L, 1);

        return;

    }

 

    err = lua_pcall(L, 0, LUA_MULTRET, 0);

    if (0 != err) {

        output.text = [NSString stringWithCString:lua_tostring(L, -1)

                            encoding:NSASCIIStringEncoding];

        lua_pop(L, 1);

        return;

    }

    int nresults =lua_gettop(L);

 

    if (0 == nresults) {

        output.text = @"<no results>";

    } else {

        NSString *outputNS = [NSString string];

        for(int i = nresults; i > 0; i--) {

           outputNS = [outputNSstringByAppendingFormat:@"%s ",

                                              lua_tostring(L, -1* i)];

        }

        lua_pop(L, nresults);

        output.text = outputNS;

    }

}

 

注意错误的捕捉和处理被极度简化了。一个好的Luashell应该要做得更多一些，并不是随随便便就可以往苹果商店中放的…

这样做的弊端在哪里？最大的问题是到OC的桥接丢失了。理想状态下我们应该从Lua中调用OC方法，以及相反方向的调用。Lua中要是能实现代码回调和委托方法就太爽了。

 

iPhone Wax

 

CoreyJohnson的iOS Wax最吸引人的地方是在Lua和OC间实现了相互调用。通过Wax，你能轻易用Lua继承一个OC类！列表6展示用扩Wax实现对viewController类的扩展。这段代码是DIY小节中提及的app的一部分。

 

列表 6:RootViewController.lua

 

waxClass{'RootViewController', UI.ViewController }

 

function init(self)

        self.super:init()

 

    self.input =UI.TextView:initWithFrame(CGRect(20, 20, 280, 114))

 

    self.output =UI.TextView:initWithFrame(CGRect(20, 184, 280, 225))

 

    localevalButton = UI.Button:buttonWithType(UIButtonTypeRoundedRect)

   evalButton:setTitle_forState('Evaluate', UIControlStateNormal)

    evalButton:setFrame(CGRect(200,142, 100, 32))

   evalButton:addTarget_action_forControlEvents(self, 'eval:',

                           UIControlEventTouchUpInside)

   self.evalButton = evalButton

   

   self:view():addSubview(self.input)

    self:view():addSubview(self.output)

   self:view():addSubview(self.evalButton)

   

    return self

end

 

function eval(self, sender)

   self.input:resignFirstResponder()

 

    local code,errmsg = loadstring(self.input:text()) 

    if not codethen

        self.output:setText(errmsg)

        return

    end

   

    local success,result = pcall(code)

    print('resultis ' .. tostring(result))

    if not successthen

       self.output:setText('Error: ' .. tostring(result))

    else

        self.output:setText(tostring(result))

    end

   

end

 

waxClass函数实际定义了一个新的OC类。本例中我们定义了一个名为RootViewController的类派生自UIViewController。（在Wax中，该OC类被放在了UI.ViewController命名空间中，而不是UIViewController）。

这个类的Lua类型是table（其实是userdata，但你可以看成是table），因此self.input是Lua表字段而不是OC属性。访问属性你必需用setter/getter方法，例如self.output:setText()。我就是在这一点上被误导了，直到某天我在这个mail list中问到这个问题才恍然大悟，从此再也不会搞混了（这个maillist上的人们都非常友好）。

Wax类也可以实现协议。例如，在这个示例Stats中，演示了用两个定制的UITableviewController类处理UITableView。这个两个类都实现了UITableViewDelegate和UITableViewDataSource协议。列表7展现了一个类，实现了分组表视图的UITableViewDataSource协议。

 

列表 7: SortedDataSource.lua

 

waxClass{'SortedDataSource', NS.Object, protocols ={'UITableViewDataSource'}, }

 

 

function init(self, source_table)

   self.source_table = source_table

    return self

end

 

 

function numberOfSectionsInTableView(self, tableView)

    return#self.source_table.headers

end

 

 

function tableView_numberOfRowsInSection(self, tableView, section)

    local index =self.source_table.headers[section+1]

    return#self.source_table[index]

end

 

 

function tableView_cellForRowAtIndexPath(self, tableView,indexPath) 

    localidentifier = 'TableViewCell'

    local cell = tableView:dequeueReusableCellWithIdentifier(identifier)

    cell = cell orUI.TableViewCell:initWithStyle_reuseIdentifier(UITableViewCellStyleDefault,

                                                     identifier)

 

    local key =self.source_table.headers[indexPath:section()+1]

    localcomponent = self.source_table[key]

    local player =component[indexPath:row()+1]

   cell:setText(player[1] .. ' ' .. player[2] .. ' ' .. player[3])

 

    return cell

end

 

function tableView_titleForHeaderInSection(self, tableView, section)

    returnself.source_table.headers[section+1]

end

 

注意在tableView_titleForHeaderInSection函数中，Lua字符串和OC字符串是自动转换的。

Wax使用的统一命名方案允许你很容易猜到在Lua中访问OC方法的函数名称。Wax使用TextMate来操作OC调用。例如，你可以直接从Xcode文档粘贴方法签名并转换为Lua调用（我正在犹豫是写一个Emacs函数来干这件事情，还是打开Textmate，然后自己去喝一罐Kool-aid。）

 

 

Wax还有许多好东西比如访问SQLite、简单的HTTP请求、XML和JSON处理、CG动画、渐变。另外最近还增加了用Lua编写应用程序委托（不需要在启动Wax时再用OC来实现），从命令行运行测试。最有趣和给力的消息是，Wax现在提供了一个交互式控制台，你可以telnet到模拟器（或者设备上！）与运行的程序进行交互：调整参数或查看运行状态。

Wax是开源的，也使用MIT协议。现在，这个项目由众多开发者参与和使用。

 

结束语

 

应用商店中，用Lua开发的app是被接受的。Ansca论坛罗列的Coronaapp的超过了150个主题（我没有全部看过…它们不全部是新的应用）。看过Wax的邮件列表，你会发现鲜有开发者声明在使用Wax编写app，很可能还有更多的开发者没有附在列表中。还有许多App采用了DIY的方法。

Corona提供一种创建iOS应用的可选方案，但前提是你不需要本地UI元素。可以加入一个本地的TextField，但在模拟器中你看不到它们，这个现实让人无语。但考虑到它的Android兼容，Corona仍然值得一看。我喜欢用Corona并希望它能有更多的改善。

DIY的方法是截然不同的做法：你有完全的控制。但如果你需要在Lua和OC间有大量的交互，需要大量的工作去做。Johnson的wax在Lua和OC间桥接得非常好，在LuaC库上也做得很好——有的地方Corona根本就没有进行处理。

尽管强如人意，iOS开发者协议中的近期改变仍然意味着你能在iOS开发中使用Lua而不用担心app被拒绝。我相信在你的iOS项目中可以使用Lua这样的技术能有助于开发。给Corona和Wax一个积极的环境。此外，如果为了方便你更直接地控制对Lua的使用，我建议你充分体会这门语言的精华。