【读书笔记】《Lua程序设计》（第1部分）

第一章    开始

lua是一种解释执行语言，一般后缀名为.lua

• 1.1  程序块

  • 一个程序块是一连串的语句和命令，可以是任意大小的，lua程序块件不需要符号分割，不过也支持使用分号分割
  • lua通常作为一种数据描述语言来使用，即使几兆的程序，lua解释器处理也没有问题
  • 退出lua命令行可输入ctrl+z（Linux下为ctrl+d）,或调用lua函数 “os.exit()”
  • lua 参数 -i 可以指定在打开交互命令前，先打开哪些文件，dofile(parameter)可以加载lua程序，例：lua -i  prog

• 1.2  词法规范

  • lua变量由数字、字母、下划线组成，首位不能为数字，例：iceb123
  • 下划线后跟一个或多个大写字母用做特殊用途，只有一个下划线为哑变量?
  • 通过设置区域设置（Locale）来设置语言，例：
    os.setlocale("chs")
  • lua区分大小写
  • lua行注释以 “--” 开始，块注释以“--[[”开始，“]]”结束

• 1.3  全局变量

  • lua中全局变量不需要声明，也没必要删除，默认全是全局变量
  • 通过将变量赋值为nil强制删除该变量

• 1.4  解释器程序

  • lua脚本可以在第一行加 “#!/usr/bin/lua”的方式，直接调用脚本
  • lua -e 直接在命令行输入代码，例：lua -e "print('hello')"
  • lua -l 用来加载库文件，例：lua -i -l a 会先加载库a，再进入交互
  • lua参数索引以文件名索引为0，之后参数为正，之前为负，依次递增或缩减

第二章    类型与值

lua是动态类型语言，值本身即“带有”自身类型信息 lua有8中基本类型：nil(空)、boolean(布尔)、number(数字)、string(字符串)、userdata(自定义类型)、function(函数)、thread(线程)、table(表) 可使用type()查看对象的类型，type()返回值永远是字符串 lua中函数为第一类值

• 2.1  nil (空)

  • lua将nil用于表示无效值，用于区别其他值

• 2.2  boolean (布尔)

  • boolean类型有两个可选值，false和true
  • lua将false和nil视为假，其余所有值都为真

• 2.3  number (数字)

  • number表示实数，lua没有整数
  • lua进行算术运算不用担心精度问题，除非数非常大，比如大于10的14次方
  • 可通过重新编译lua的方式改变其数字类型

• 2.4  string (字符串)

  • lua字符串是不可变值，由自动内存管理机制所管理
  • lua可以高效地处理长字符串
  • 字面字符串由匹配的单引号或双引号界定
  • 可以通过转义字符指定字符串，转义序列为反斜杠跟一至三个数字序列，例：“\97”和“a”一样，“\097”和“\97”一样
  • 可以用一对匹配的括号界定一个字符串，且lua不会转义其中转义序列，例：str = [[\h]] 中str值为“\\h”，不会转义
  • 可以通过在左右双括号间加上相同数量的等号，达到之前相同的效果，这同样适用于块注释
  • lua提供了数字与字符自动转换
  • ".."是字符串连接操作符，在数字后使用时要加空格防止被认为是小数点
  • 不要依赖强制转换
  • tonumber()可将字符转换为数字，无法转换则为nil
  • tostring()可将数字转换为字符
  • 使用”#“前置操作符可获取字符串长度，例：#"hello" 值为5

• 2.5  table (表)

  • table可通过nil外的类型充当索引
  • table无法声明，通过"构造表达式"完成
  • 持有table的变量与table本身没有固定关联性
  • table可以有不同类型的索引
  • 可以将形如：a["name"]简写为a.name，注意a[name]不等于a["name"]
  • 长度操作符"#"可用于返回一个数组的长度或线性表的最后一个索引值
  • nil通常用来界定数组结尾，当一个数组有nil时，有可能被认为是数组结尾，因此要避免空隙，可以使用table.maxn来获取最大索引，此方法在5.1中新增，5.2中删除

• 2.6  function (函数)

  • lua函数为第一类值，可以存储在变量中，可通过函数传递，也可做为返回值
  • lua对函数式编程提供了良好的支持，第六章
  • lua可调用C语言，其所有标准库都是C语言写的
  • 第五章讨论lua函数，二十六章讨论C语言编写lua函数

• 2.7  USERDATA (自定义类型) 和 thread (线程)

  • userdata用于表示一种由应用程序或C语言创建的新类型
  • 第九章解释thread类型，并讲到"协程"

第三章    表达式

lua的表达式不仅可以包含数字、字符串、变量、操作符、函数调用，还包含函数定义与table构造式

• 3.1  算术操作符

  • lua支持常规的算术操作符，加、减、乘、除、指数、取模、取负
  • lua的取模操作结果的符号和第二个参数相同
  • 取模操作可以用来求实数小数部分，精确两位等等，例：x-x%0.01

• 3.2  关系操作符

  • lua提供了关系操作符"< > <= >= == ~="
  • lua安照字符次序比较字符串的大小，例："15" > "2"

• 3.3  逻辑操作符

  • lua逻辑操作符有"and or not"
  • and or 返回值为操作数, not返回true或false，例：5 and 1 返回1，5 or 1返回5
  • and or 为短路求值

• 3.4  字符串连接

  • 字符串连接操作符为".."两个点，例："he".."llo"为"hello"
  • 对lua字符串进行连接操作不会改变原有值

• 3.5  优先级

  • 

• 3.6  table构造式 (table constructor)

  • 构造式用于创建和初始化table
  • 例子：days = {"Sunday","Monday","Tuesday","Wednesday","Thursday","Friday","Saturday"} ,其中days[4]  为Wednesday
  • 例子：a = {x = 10, y = 20} ,等价于a = {}; a.x = 10; a.y=20
  • lua可以在构造table元素时，最后加上一个逗号
  • lua在构造table元素时，可以用分号替代逗号

第四章     语句

lua语句包括赋值、控制结构、过程调用，此外还支持多重赋值和局部变量

4.1  赋值

• lua支持多重赋值，多个变量以及多个值分别需要用逗号隔开，例：x，y = y，x
• lua的赋值操作先把右边的结果计算出来，然后再赋值给右边
• 若值的个数小于变量的个数，多余的变量值为nil，反之多余的值会被弃掉，例：x，y  =  1 此时y等于nil

4.2  局部变量与块

• 通过local创建局部变量，例：local i = 1
• 一个块可以是一个控制结构执行体，也可能是一个函数执行体或者是一个程序块
• 交互模式中每一行都是一个程序块
• 当需要显式界定一个块时，可以将块放入“do-end”中
• 尽可能使用局部变量
• 局部变量作用域从声明到本块结束
• 通常使用相同的全局变量初始化局部变量，local foo = foo

4.3  控制结构

lua提供了用于条件执行的if，用于迭代的while，repeat，for，这些操作都有明确的结尾符，if，while，for为end，repeat为until

4.3.1 if then else

• else部分是可选的
• 嵌套if可使用elseif简化
• lua不支持switch

4.3.2 while

• while语法和其他语言一样

4.3.3 repeat

• repeat语句至少执行一次
• 局部声明在循环体的作用域包含了条件测试部分

4.4.4 数字型for（numeric for）

• for包括数字型for和泛型for
• 数字型for语法为：
  • for var = exp1，exp2，exp3 do
    • <执行体>
  • end
• 其中var从exp1变化到exp2，每次变化步长为exp3，默认步长为1
• 不想给循环设置上限可以使用math.huge作为第二个参数
• for的三个表达式是在循环开始前一次性求值的，其第一个表达式变量默认为局部变量，第二个表达式不会每次求值的
• 不要在循环过程中修改控制变量的值

4.3.5 泛型for（generic for）

• 泛型for通过迭代器来遍历所有值，示例如下
  • for  i，v  in  ipair(a) do
    • print(v)
  • end
• 泛型for的迭代器很强大，将在第7章具体讨论
• 同数字for一样，泛型for的循环变量也是局部变量，不应该在循环体内修改循环变量的值

4.4  break与return

• break与return都用于跳出当前块
• break只会跳出包含它的内部循环
• return从函数返回结果，或结束函数的执行
• 使用do-return-end的方式提前结束函数，如
  • function foo()
    • return语法错误
    • do return end
    • <其他语句>
  • end

第五章    函数

一个函数若只有一个参数，且此参数是一个字面字符串或table构造式，则圆括号可有可无，例print "Hello, World" lua提供了冒号操作符，隐含的将调用者作为第一个参数，例，o.foo(o,x)等于o:foo(x) lua函数默认参数机制，形参多余实参时，多余参数被丢弃，形参少于实参时，少的参数为nil

5.1  多重返回值

• lua可以返回多个参数，在return关键字后列出即可
• 若函数调用是最后一个表达式，lua尽可能保留尽可能多的返回值，若不是的话，只能产生一个值
• 函数调用作为另一个函数调用的最后一个参数时，会将其所有返回值作为实参传递给第二个参数，否则只返回一个参数
• table构造式作为形参可以完整地接受所有实参
• 使用圆括号将多个内容括起来，只返回一个值
• unpack()可以返回数组中的所有值

5.2  变长参数

• 参数"..."表示参数可接受不同数量实参，被称为变长参数
• 当需要访问变长参数时，仍使用"..."来作为表达式，例：local tb1 = {...}
• 调用select时，必须传入一个固定实参selector(选择开关)和一系列变长参数。如果selector为数字n，那么select返回它的第n个可变实参，否则只能为字符串"#"
• 关于lua中table的遍历问题，构造时不指出索引则按照构造顺序遍历，若指出索引则按照索引的哈希值顺序遍历，没有特殊要求，永远不要在构造时table中加入nil

5.3 具名参数

• lua参数传递是按位置来的，目前并不支持指定名称来传递参数
• lua可以通过传递一个列表，来实现参数名称与参数的手动对应

第六章    深入函数

6.1 closure(闭合函数)

• 将一个函数写在另一个函数内，这个内部函数可以访问外部函数中的局部变量，这称词法域
• 一个closure就是函数加上改函数所需的“非局部变量”
• 在Lua中，函数为第一类值，当函数的返回值为函数时，每次调用外部的函数，都会返回一个新的函数，并且创建一个新的“非局部变量”

6.2 非全局的函数(non-global function)

• 函数为第一类值，因此可以将函数存储到一个局部变量中，即得到一个“局部函数”

6.3 正确的尾调用(proper tail call)

• Lua支持尾调用的消除，在使用尾递归时不用考虑堆栈溢出的情况

第七章 迭代器与泛型for

7.1 迭代器与closure

• 迭代器指可以遍历集合中元素的机制，lua中通常表示为函数，每次调用迭代器函数，即返回集合中的下一个元素。
• closure机制可以保存一些状态，因此非常适合做迭代器

7.2 泛型for的语义

• 泛型for在循环过程中内部保存了一个迭代器函数，一个恒定状态和一个控制变量
• 通常使用pairs来遍历一个列表

7.3 无状态的迭代器

• 使用closure函数作为迭代器会产生一些开销，没有必要时，可采用无状态的迭代器，如pairs,ipairs

7.4 具有复杂状态的迭代器

• 通常基于closure实现的迭代器比使用table迭代器更高效，创建closure比创建table廉价，访问“非局部的变量”也比访问table字段更快，使用协程创建迭代器将在之后讨论

7.5 真正的迭代器

第八章 编译、执行与错误

Lua是一种解释型语言，虽然Lua允许先将源代码编译为一种中间形式，区分解释型语言的关键在于是否能轻易地执行动态生成的代码。

8.1 编译

• dofile用于允许Lua代码块，loadfile用于编译代码块，并将结果返回，loadfile比较灵活，
• loadstring在Lua5.3中已经删除，可以直接使用load从字符串中读取代码
• load总是在全局环境中编译它的字符串，load典型应用是处理外部代码，如用户输入的代码

8.2 C代码

• C代码使用前需要链接，通常使用动态链接技术，动态链接不是ANSI C标准，Lua通过为多平台设计不同的动态链接机制
• 使用package.loadlib(path，func)

8.3 错误(error)

• error函数传入一个错误消息参数
• assert函数检查第一个参数是否为true，若true则返回，false或nil则引起错误
• 处理异常应当视情况而定，通常是停止计算，给出错误消息
• repeat <....block..> untile <true>

8.4 错误处理与异常

• 通常Lua中不做任何处理，应当在外部调用中处理异常
• pcall包装需要执行的代码，输入一个可调用参数，返回错误类型和内容

8.5 错误消息与追溯(traceback)

• Lua错误报告包含了代码所在行，还可附加层级
• xpcall除了接受调用函数，还接受错误处理函数
• debug.debug提供Lua提示符让用户检查错误原因，debug.traceback根据调用栈构建错误消息

第九章 协同程序(coroutine)

协同程序和线程相同之处在于，他们都有自己独立的栈、局部变量和指令指针，同时和其他协程共享全局变量和大部分东西。区别在于，多线程可以同时运行，而多个协程在同时只能有一个协程在运行

9.1 协同程序基础

• lua协同程序函数放在“coroutine”的table中，
• create表示创建一个协程，返回thread类型值，表示新的协程
• 协程有4种状态，挂起、运行、死亡和正常，协程创建完默认处于挂起状态，可使用函数status来检查协程的状态
• 
• resume用于启动或再次启动一个协程，将其状态由挂起改为运行
• yield函数可以让一个运行中的协程挂起
• resume是在保护模式中运行，若协程执行中发生错误，会返回false和错误消息
• 协程调用另一个协程时，调用者处于normal状态
• resume传入的多余的参数为传入协程的函数，yield返回的函数为resume的额外返回值

9.2 管道(pipe)与过滤器(filter)

• 使用协程模拟经典的生产者-消费者问题，该模型为消费者驱动

function send(x)
    coroutine.yield(x)
end

function receive()
    local status, value = coroutine.resume(producer)
    return value
end

producer = coroutine.create(
    function()
    local counter = 0
    while true do
        print "the producer produces products"
        send(counter)
        consumer = counter + 1
    end
    end
)

function consumer()
    while true do 
        print "the consumer consumes products"
        print(receive())
    end
end
 
consumer()

• 在receive函数中处理数据，可将该模型修改为一个过滤器

9.3 以协同程序实现迭代器

• 根据协程的特性，当调用yield时，协程挂起，再次调用时接着运行
• Lua提供了一个wrap函数，类似create，用来创建新的协程，但它返回一个函数，每次调用这个函数时，便会唤醒协程，且它不是在安全模式下，因此不会返回错误，只会引发错误

9.4 非抢先式的(non-preemptive)多线程

第十章 完整的示例

10.1 数据描述

10.2马尔科夫链(markov chain)算法