Lua学习笔记

前言
　　
　　偶最近在学习Lua, 所以写出心得和大家共享, 争取一天写一篇, 嘿嘿.
　　才开始学所以内容很浅, 希望大家包涵.
　　Lua是一种完全免费的脚本语言, 可以和C/C++语言紧密结合,
　　它的官方网站在 http://www.lua.org. 在网站上可以下载到lua的源码, 没有可
　　执行版本, 不过不用担心, 因为lua源码可以在任何一种C/C++的编译器上编译.
　　
　　如果要学习Lua, 官方网站上的Reference是必备的，上面有每个命令的用法，非常详细。
　　参考手册 http://www.lua.org/manual/5.0/
　　作者写的Programming in Lua http://www.lua.org/pil/
　　
2.编译
　　如果用的VC6, 可以下载所需的project文件,地址在
　　 http://sourceforge.net/project/showfiles.php?group_id=32250&package_id=115604
　　VSNET2003可以下载这个sln文件 http://home.comcast.net/~vertigrated/lua/vs7.zip
　　偶用的是cygwin和linux, 打入以下命令即可,
　　tar -zxvf lua-5.0.2.tar.gz
　　cd lua-5.0.2
　　sh ./configure
　　make
　　这样就OK了。
　　为了以后使用方便，最好把bin目录加入到path里面。
　　
3."Hello, world!"
　　现在开始偶们的第一个小程序"Hello, world!"
　　把以下程序打入文件e01.lua
　　
　　例1:e01.lua
　　-- Hello World in Lua
　　print("Hello World.")
　　
　　Lua有两种执行方式，一种是嵌入到C程序中执行，还有一种是直接从命令行方式下执行。
　　这里为了调试方便，采用第二种方式，执行命令 lua e01.lua
　　
　　输出结果应该是：
　　Hello World.
　　
4.程序说明
　　第一行 -- Hello World in Lua
　　这句是注释，其中--和C++中的//意思是一样的
　　第二行 print("Hello World.")
　　调用lua内部命令print，输出"Hello World."字符串到屏幕，Lua中的字符串全部是由"括起来的。
　　这个命令是一个函数的调用，print是lua的一个函数，而"Hello World."是print的参数。
　　
5.试试看
　　在Lua中有不少字符串的处理操作，本次的课后试试看的内容就是，找出连接两个字符串的操作，
　　并且print出来。

二.流程控制

1. 函数的使用
　　以下程序演示了如何在Lua中使用函数, 及局部变量
　　例e02.lua
　　-- functions
　　function pythagorean(a, b)
　　local c2 = a^2 + b^2
　　return sqrt(c2)
　　end
　　print(pythagorean(3,4))
　　
　　运行结果
　　5
　　
　　程序说明
　　在Lua中函数的定义格式为:
　　function 函数名(参数)
　　...
　　end
　　与Pascal语言不同, end不需要与begin配对, 只需要在函数结束后打个end就可以了.
　　本例函数的作用是已知直角三角形直角边, 求斜边长度. 参数a,b分别表示直角边长,
　　在函数内定义了local形变量用于存储斜边的平方. 与C语言相同, 定义在函数内的代
　　码不会被直接执行, 只有主程序调用时才会被执行.
　　local表示定义一个局部变量, 如果不加local刚表示c2为一个全局变量, local的作用域
　　是在最里层的end和其配对的关键字之间, 如if ... end, while ... end等。全局变量的
　　作用域是整个程序。
　　
　　2. 循环语句
　　例e03.lua
　　-- Loops
　　for i=1,5 do
　　print("i is now " .. i)
　　end
　　
　　运行结果
　　i is now 1
　　i is now 2
　　i is now 3
　　i is now 4
　　i is now 5
　　
　　程序说明
　　这里偶们用到了for语句
　　for 变量 = 参数1, 参数2, 参数3 do
　　循环体
　　end
　　变量将以参数3为步长, 由参数1变化到参数2
　　例如:
　　for i=1,f(x) do print(i) end
　　for i=10,1,-1 do print(i) end
　　
　　这里print("i is now " .. i)中，偶们用到了..，这是用来连接两个字符串的，
　　偶在(1)的试试看中提到的，不知道你们答对了没有。
　　虽然这里i是一个整型量，Lua在处理的时候会自动转成字符串型，不需偶们费心。
　　
　　3. 条件分支语句
　　例e04.lua
　　-- Loops and conditionals
　　for i=1,5 do
　　print(“i is now “ .. i)
　　　　　if i < 2 then
　　　　　print(“small”)
　　　　　elseif i < 4 then
　　　　　print(“medium”)
　　　　　else
　　　　　print(“big”)
　　　　　end
　　end
　　
　　运行结果
　　i is now 1
　　small
　　i is now 2
　　medium
　　i is now 3
　　medium
　　i is now 4
　　big
　　i is now 5
　　big
　　
　　程序说明
　　if else用法比较简单, 类似于C语言, 不过此处需要注意的是整个if只需要一个end,
　　哪怕用了多个elseif, 也是一个end.
　　例如
　　　　if op == "+" then
　　　　　r = a + b
　　　　elseif op == "-" then
　　　　　r = a - b
　　　　elseif op == "*" then
　　　　　r = a*b
　　　　elseif op == "/" then
　　　　　r = a/b
　　　　else
　　　　　error("invalid operation")
　　　　end
　　
　　
　　4.试试看
　　Lua中除了for循环以外, 还支持多种循环, 请用while...do和repeat...until改写本文中的for程序

三.Lua数据结构

　1.简介
　　Lua语言只有一种基本数据结构, 那就是table, 所有其他数据结构如数组啦,
　　类啦, 都可以由table实现.
　　例e05.lua
　　-- Arrays
　　myData = {}
　　myData[0] = “foo”
　　myData[1] = 42
　　
　　-- Hash tables
　　myData[“bar”] = “baz”
　　
　　-- Iterate through the
　　-- structure
　　for key, value in myData do
　　print(key .. “=“ .. value)
　　end
　　
　　输出结果
　　0=foo
　　1=42
　　bar=baz
　　
　　程序说明
　　首先定义了一个table myData={}, 然后用数字作为下标赋了两个值给它. 这种
　　定义方法类似于C中的数组, 但与数组不同的是, 每个数组元素不需要为相同类型,
　　就像本例中一个为整型, 一个为字符串.
　　
　　程序第二部分, 以字符串做为下标, 又向table内增加了一个元素. 这种table非常
　　像STL里面的map. table下标可以为Lua所支持的任意基本类型, 除了nil值以外.
　　
　　Lua对Table占用内存的处理是自动的, 如下面这段代码
　　　　a = {}
　　　　a["x"] = 10
　　　　b = a　　　-- `b' refers to the same table as `a'
　　　　print(b["x"])　--> 10
　　　　b["x"] = 20
　　　　print(a["x"])　--> 20
　　　　a = nil　　-- now only `b' still refers to the table
　　　　b = nil　　-- now there are no references left to the table
　　b和a都指向相同的table, 只占用一块内存, 当执行到a = nil时, b仍然指向table,
　　而当执行到b=nil时, 因为没有指向table的变量了, 所以Lua会自动释放table所占内存
　　
　　3.Table的嵌套
　　Table的使用还可以嵌套，如下例
　　例e06.lua
　　-- Table ‘constructor’
　　myPolygon = {
　　color=“blue”,
　　thickness=2,
　　npoints=4;
　　{x=0,　 y=0},
　　{x=-10, y=0},
　　{x=-5,　y=4},
　　{x=0,　 y=4}
　　}
　　
　　-- Print the color
　　print(myPolygon[“color”])
　　
　　-- Print it again using dot
　　-- notation
　　print(myPolygon.color)
　　
　　-- The points are accessible
　　-- in myPolygon[1] to myPolygon[4]
　　
　　-- Print the second point’s x
　　-- coordinate
　　print(myPolygon[2].x)
　　
　　程序说明
　　首先建立一个table, 与上一例不同的是，在table的constructor里面有{x=0,y=0},
　　这是什么意思呢？ 这其实就是一个小table, 定义在了大table之内, 小table的
　　table名省略了.
　　最后一行myPolygon[2].x，就是大table里面小table的访问方式.
　　
四.函数的调用

　1.不定参数
　　例e07.lua
　　-- Functions can take a
　　-- variable number of
　　-- arguments.
　　function funky_print (...)
　　for i=1, arg.n do
　　print("FuNkY: " .. arg )
　　end
　　end
　　
　　funky_print("one", "two")
　　
　　运行结果
　　FuNkY: one
　　FuNkY: two
　　
　　程序说明
　　* 如果以...为参数, 则表示参数的数量不定.
　　* 参数将会自动存储到一个叫arg的table中.
　　* arg.n中存放参数的个数. arg[]加下标就可以遍历所有的参数.
　　
　　
　　2.以table做为参数
　　例e08.lua
　　-- Functions with table
　　-- parameters
　　function print_contents(t)
　　for k,v in t do
　　print(k .. "=" .. v)
　　end
　　end
　　print_contents{x=10, y=20}
　　
　　运行结果
　　x=10
　　y=20
　　
　　程序说明
　　* print_contents{x=10, y=20}这句参数没加圆括号, 因为以单个table为参数的时候, 不需要加圆括号
　　* for k,v in t do 这个语句是对table中的所有值遍历, k中存放名称, v中存放值
　　
　　
　　3.把Lua变成类似XML的数据描述语言
　　例e09.lua
　　function contact(t)
　　-- add the contact ‘t’, which is
　　-- stored as a table, to a database
　　end
　　
　　contact {
　　name = "Game Developer",
　　email = "[email protected]",
　　url = "http://www.ogdev.net",
　　quote = [[
　　There are
　　10 types of people
　　who can understand binary.]]
　　}
　　
　　contact {
　　-- some other contact
　　}
　　
　　程序说明
　　* 把function和table结合, 可以使Lua成为一种类似XML的数据描述语言
　　* e09中contact{...}, 是一种函数的调用方法, 不要弄混了
　　* [[...]]是表示多行字符串的方法
　　* 当使用C API时此种方式的优势更明显, 其中contact{..}部分可以另外存成一配置文件
　　
　　4.试试看
　　想想看哪些地方可以用到例e09中提到的配置方法呢？
　　

五.Lua与C的交互

　1.简介
　　
　　Lua与C/C++结合是很紧密的, Lua与C++交互是建立在Lua与C的基础上的, 所
　　以偶先从Lua与C讲起.
　　
　　正如第一讲所说, 运行Lua程序或者说调用Lua主要有两种方式:
　　* 通过命令行执行"Lua"命令
　　* 通过Lua的C库
　　虽然此前偶们一直用第一种方式, 但偶要告诉你, 通过Lua的C库执行才是游戏中
　　常用的方式.
　　
　　2.Lua的C库
　　
　　Lua的C库可以做为Shared Library调用, 但一般开发游戏时会把Lua的所有源程序
　　都包含在内, 并不把Lua编译成共享库的形式. 因为Lua程序只有100多K, 而且几乎
　　可以在任何编译器下Clean Compile. 带Lua源程序的另一个好处时, 可以随时对Lua
　　本身进行扩充, 增加偶们所需的功能.
　　
　　Lua的C库提供一系列API:
　　* 管理全局变量
　　* 管理tables
　　* 调用函数
　　* 定义新函数, 这也可以完全由C实现
　　* 垃圾收集器Garbage collector, 虽然Lua可以自动进行, 但往往不是立即执行的,
　　　所以对实时性要求比较高的程序, 会自己调用垃圾收集器
　　* 载入并执行Lua程序, 这也可以由Lua自身实现
　　* 任何Lua可以实现的功能, 都可以通过Lua的C API实现, 这对于优化程序的运行速度
　　　有帮助. 经常调用的共用的Lua程序片断可以转成C程序, 以提高效率. 连Lua都是C写的
　　　还有什么C不能实现呢?
　　
　　3.Lua与C集成的例子
　　例e10.c
　　/* A simple Lua interpreter. */
　　#include
　　#include
　　int main(int argc, char *argv[]) {
　　char line[BUFSIZ];
　　lua_State *L = lua_open(0);
　　while (fgets(line, sizeof(line), stdin) != 0)
　　lua_dostring(L, line);
　　lua_close(L);
　　return 0;
　　}
　　
　　编译
　　Linux/Cygwin
　　* 先编译Lua, 并把头文件放入include路径
　　* gcc e10.c -llua -llualib -o e10
　　
　　VC6/VC2003
　　* 先编译Lua, 在Option中设置头文件和库文件路径
　　* 新建工程,在工程配置中加入附加库lua.lib和lualib.lib
　　* 编译成exe
　　
　　运行结果
　　本程序的功能是实现一个Lua解释器, 输入的每行字符都会被解释成Lua并执行.
　　
　　程序说明
　　* #include 包含lua头文件, 然后才可以使用API
　　* lua_State *L = lua_open(0) 打开一个Lua执行器
　　* fgets(line, sizeof(line), stdin) 从标准输入里读入一行
　　* lua_dostring(L, line) 执行此行
　　* lua_close(L) 关闭Lua执行器
　　
　　
　　例e11.c
　　/* Another simple Lua interpreter. */
　　#include
　　#include
　　#include
　　int main(int argc, char *argv[]) {
　　char line[BUFSIZ];
　　lua_State *L = lua_open(0);
　　lua_baselibopen(L);
　　lua_iolibopen(L);
　　lua_strlibopen(L);
　　lua_mathlibopen(L);
　　while (fgets(line, sizeof(line), stdin) != 0)
　　lua_dostring(L, line);
　　lua_close(L);
　　return 0;
　　}
　　
　　运行结果
　　本程序的功能是实现一个Lua解释器, 输入的每行字符都会被解释成Lua并执行.
　　与上例不同的是, 本例调用了Lua的一些标准库.
　　
　　程序说明
　　* #include 包含Lua的标准库
　　* 以下这几行是用来读入Lua的一些库, 这样偶们的Lua程序就可以有更多的功能.
　　lua_baselibopen(L);
　　lua_iolibopen(L);
　　lua_strlibopen(L);
　　lua_mathlibopen(L);
　　
　　4.试试看
　　把上面两个小例子在你熟悉的编译器中编译执行, 并试试能否与Lua源码树一起编译

六.C/C++中用Lua函数

1.简介
　　偶们这次主要说说怎么由Lua定义函数, 然后在C或者C++中调用. 这里偶们
　　暂不涉及C++的对象问题, 只讨论调用函数的参数, 返回值和全局变量的使用.

　　2.程序
　　这里偶们在e12.lua里先定义一个简单的add(), x,y为加法的两个参数,
　　return 直接返回相加后的结果.
　　
　　例e12.lua
　　-- add two numbers
　　function add ( x, y )
　　return x + y
　　end
　　
　　在前一次里, 偶们说到 lua_dofile() 可以直接在C中执行lua文件. 因为偶们
　　这个程序里只定义了一个add()函数, 所以程序执行后并不直接结果, 效果相当
　　于在C中定义了一个函数一样.
　　
　　Lua的函数可以有多个参数, 也可以有多个返回值, 这都是由栈(stack)实现的.
　　需要调用一个函数时, 就把这个函数压入栈, 然后顺序压入所有参数, 然后用
　　lua_call()调用这个函数. 函数返回后, 返回值也是存放在栈中. 这个过程和
　　汇编执行函数调用的过程是一样的.
　　
　　例e13.cpp 是一个调用上面的Lua函数的例子
　　#include
　　
　　extern "C" { // 这是个C++程序, 所以要extern "C",
　　　　 // 因为lua的头文件都是C格式的
　　#include "lua.h"
　　#include "lualib.h"
　　#include "lauxlib.h"
　　}
　　
　　/* the Lua interpreter */
　　lua_State* L;
　　
　　int luaadd ( int x, int y )
　　{
　　int sum;
　　
　　/* the function name */
　　lua_getglobal(L, "add");
　　
　　/* the first argument */
　　lua_pushnumber(L, x);
　　
　　/* the second argument */
　　lua_pushnumber(L, y);
　　
　　/* call the function with 2
　　　 arguments, return 1 result */
　　lua_call(L, 2, 1);
　　
　　/* get the result */
　　sum = (int)lua_tonumber(L, -1);
　　lua_pop(L, 1);
　　
　　return sum;
　　}
　　
　　int main ( int argc, char *argv[] )
　　{
　　int sum;
　　
　　/* initialize Lua */
　　L = lua_open();
　　
　　/* load Lua base libraries */
　　lua_baselibopen(L);
　　
　　/* load the script */
　　lua_dofile(L, "e12.lua");
　　
　　/* call the add function */
　　sum = luaadd( 10, 15 );
　　
　　/* print the result */
　　printf( "The sum is %d\n", sum );
　　
　　/* cleanup Lua */
　　lua_close(L);
　　
　　return 0;
　　}
　　
　　程序说明:
　　main中过程偶们上次已经说过了, 所以这次只说说luaadd的过程
　　* 首先用lua_getglobal()把add函数压栈
　　* 然后用lua_pushnumber()依次把x,y压栈
　　* 然后调用lua_call(), 并且告诉程序偶们有两个参数一个返回值
　　* 接着偶们从栈顶取回返回值, 用lua_tonumber()
　　* 最后偶们用lua_pop()把返回值清掉
　　
　　运行结果:
　　The sum is 25
　　
　　编译方法
　　Linux下把程序存成e13.cpp
　　g++ e13.cpp -llua -llualib -o e13
　　./e13
　　
　　VC下编译方法
　　* 首先建立一个空的Win32 Console Application Project
　　* 把e13.cpp加入工程中
　　* 点project setting,然后设置link选项, 再加上lua.lib lualib.lib两个额外的库
　　* 最后编译
　　
　　建立好的project可以在这里下载
　　VC http://tonyandpaige.com/tutorials/luaadd.zip
　　Linux http://tonyandpaige.com/tutorials/luaadd.tar.gz
　　
　　3.全局变量
　　上面偶们用到了lua_getglobal()但并没有详细讲, 这里偶们再举两个小例子来说下全局变量
　　lua_getglobal()的作用就是把lua中全局变量的值压入栈
　　lua_getglobal(L, "z");
　　z = (int)lua_tonumber(L, 1);
　　lua_pop(L, 1);
　　假设Lua程序中定义了一个全局变量z, 这段小程序就是把z的值取出放入C的变量z中.
　　
　　另外Lua中还有一个对应的函数lua_setglobal(), 作用是用栈顶的值填充指定的全局变量
　　lua_pushnumber(L, 10);
　　lua_setglobal(L, "z");
　　例如这段小程序就是把lua中的全局变量z设为10, 如果lua中未定义z的话, 就会自动创建一个
　　全局变量z并设为10.
　　
　　4.试试看
　　自己写个函数用C/C++来调用下试试

七.调用C/C++函数

1.前言
　　上次偶说到从C/C++中调用Lua的函数, 然后就有朋友问从Lua中如何调用C/C++的
　　函数, 所以偶们这次就来说说这个问题. 首先偶们会在C++中建立一个函数, 然后
　　告知Lua有这个函数, 最后再执行它. 另外, 由于函数不是在Lua中定义的, 所以
　　无法确定函数的正确性, 可能在调用过程中会出错, 因此偶们还会说说Lua出错处
　　理的问题.
　　
　　2.Lua中调用C函数
　　在lua中是以函数指针的形式调用函数, 并且所有的函数指针都必须满足如下此种
　　类型:
　　typedef int (*lua_CFunction) (lua_State *L);
　　
　　也就是说, 偶们在C++中定义函数时必须以lua_State为参数, 以int为返回值才能
　　被Lua所调用. 但是不要忘记了, 偶们的lua_State是支持栈的, 所以通过栈可以
　　传递无穷个参数, 大小只受内存大小限制. 而返回的int值也只是指返回值的个数
　　真正的返回值都存储在lua_State的栈中. 偶们通常的做法是做一个wrapper, 把
　　所有需要调用的函数都wrap一下, 这样就可以调用任意的函数了.
　　
　　下面这个例子是一个C++的average()函数, 它将展示如何用多个参数并返回多个值
　　
　　例e14.cpp
　　#include
　　
　　extern "C" {
　　#include "lua.h"
　　#include "lualib.h"
　　#include "lauxlib.h"
　　}
　　
　　/* the Lua interpreter */
　　lua_State* L;
　　
　　static int average(lua_State *L)
　　{
　　/* get number of arguments */
　　int n = lua_gettop(L);
　　double sum = 0;
　　int i;
　　
　　/* loop through each argument */
　　for (i = 1; i <= n; i++)
　　{
　　/* total the arguments */
　　sum += lua_tonumber(L, i);
　　}
　　
　　/* push the average */
　　lua_pushnumber(L, sum / n);
　　
　　/* push the sum */
　　lua_pushnumber(L, sum);
　　
　　/* return the number of results */
　　return 2;
　　}
　　
　　int main ( int argc, char *argv[] )
　　{
　　/* initialize Lua */
　　L = lua_open();
　　
　　/* load Lua base libraries */
　　lua_baselibopen(L);
　　
　　/* register our function */
　　lua_register(L, "average", average);
　　
　　/* run the script */
　　lua_dofile(L, "e15.lua");
　　
　　/* cleanup Lua */
　　lua_close(L);
　　
　　return 0;
　　}
　　
　　例e15.lua
　　-- call a C++ function
　　
　　avg, sum = average(10, 20, 30, 40, 50)
　　
　　print("The average is ", avg)
　　print("The sum is ", sum)
　　
　　
　　程序说明:
　　* lua_gettop()的作用是返回栈顶元素的序号. 由于Lua的栈是从1开始编号的,
　　　所以栈顶元素的序号也相当于栈中的元素个数. 在这里, 栈中元素的个数就
　　　是传入的参数个数.
　　* for循环计算所有传入参数的总和. 这里用到了数值转换lua_tonumber().
　　* 然后偶们用lua_pushnumber()把平均值和总和push到栈中.
　　* 最后, 偶们返回2, 表示有两个返回值.
　　* 偶们虽然在C++中定义了average()函数, 但偶们的Lua程序并不知道, 所以需
　　　要在main函数中加入
　　
　　　 /* register our function */
　　lua_register(L, "average", average);
　　
　　　这两行的作用就是告诉e15.lua有average()这样一个函数.
　　* 这个程序可以存成cpp也可以存成c, 如果以.c为扩展名就不需要加extern "C"
　　
　　编译的方法偶们上次说过了, 方法相同.
　　e15.lua执行的方法只能用上例中的C++中执行, 而不能用命令行方式执行.
　　
　　3.错误处理
　　在上例中, 偶们没有对传入的参数是否为数字进行检测, 这样做不好. 所以这里偶
　　们再加上错误处理的片断.
　　
　　把这段加在for循环之内:
　　if (!lua_isnumber(L, i)) {
　　lua_pushstring(L, "Incorrect argument to 'average'");
　　lua_error(L);
　　}
　　这段的作用就是检测传入的是否为数字.
　　
　　加上这段之后, 偶们debug的时候就会简单许多. 对于结合两种语言的编程, 它们之
　　间传递数据的正确性检测是非常重要的.