創(chuàng)建一種簡單易學的解釋型編程語言并非難事。我們只需根據(jù)簡單的語言規(guī)范，使用任何喜歡的編程語言編寫一個解析器和語句運行程序。為了提高性能，我們可以使用基于字節(jié)碼的執(zhí)行系統(tǒng)，而不是像 Bash 解釋器那樣直接執(zhí)行解析后的源代碼。任何人都可以創(chuàng)造出簡單易學的語言，但每一種易學的語言都不會成為有用的通用語言。例如，創(chuàng)建一種只支持基本算術運算的簡單腳本語言，并不會成為一種人人都能用來編程的有用語言。

大多數(shù)開發(fā)人員認為 Python、Ruby 和 JavaScript 是易于學習、簡單且有用的語言。這些簡單的語言提供了開發(fā)人員友好、高效、簡單的語法，激勵每個程序員在基于社區(qū)的庫的幫助下使用它們來構建任何軟件項目。毫無疑問，Python 提供了比 JavaScript 語言更簡單的語法——對于大多數(shù)程序員來說，編寫 Python 代碼就像編寫偽代碼一樣。Python 是有史以來最簡單（但有用）的語言嗎？

Lua 是一種動態(tài)類型、輕量級、可嵌入、功能齊全的通用語言，比 Python 更容易學習。大多數(shù)游戲開發(fā)人員都知道 Lua 語言，因為它廣泛用作基于 C/C++ 的游戲引擎中的嵌入式腳本語言。然而，大多數(shù)非游戲開發(fā)者并不了解 Lua——他們仍然認為 Python 是世界上最簡單的語言。在這個故事中，我們將探索 Lua 提供的簡單性。

Lua，一種只需幾分鐘即可掌握的語言，而不是幾年

編程語言的學習曲線各不相同。有些語言關鍵字少、語法簡單、獨特的核心概念少，因此學習起來比較快。與此同時，如果某些語言引入的獨特概念超出了傳統(tǒng)的理論編程概念，那么對于新手來說就會變得更加復雜。

Lua 是一種簡單的語言，您可以使用所擁有的計算機科學知識來掌握它 - 您不需要學習任何超出核心編程基礎知識的獨特語言即可成為 Lua 專家。

Lua 只有 22 個關鍵字、8 種數(shù)據(jù)類型和一種可以用來構建任何復雜結構的數(shù)據(jù)結構。如果你知道如何編寫理論上的偽代碼，你就可以用 Lua 編寫計算機程序——編寫 Lua 代碼就像在紙上寫偽代碼一樣：

function fact(n)
    if n == 1 then 
        return 1
    end
    return n * fact(n - 1)
end

print("fact(3) = " .. fact(3))   -- fact(3) = 6
print("fact(5) = " .. fact(5))   -- fact(5) = 120

看看上面的遞歸階乘數(shù)生成程序的簡單性。它沒有使源代碼變得復雜的花哨語法——語言語法對于大多數(shù)開發(fā)人員來說是不言自明的。Lua 定義了一個帶有 end 關鍵字的控制塊，類似于經(jīng)典的偽代碼。它使用 .. 進行串聯(lián)，并使用 -- 作為單行注釋的前綴。

您甚至可以編寫一行 if 塊，如下所示：

function fact(n)
    if n == 1 then return 1 end
    return n * fact(n - 1)
end

Lua 提供了比 Python 更簡單的數(shù)值 for 循環(huán)語法：

for i = 1, 10 do
    print(i)
end

在幾乎所有情況下，Lua 都致力于通過保持整體語言的簡單性來最佳地重用現(xiàn)有語法，而不引入新語法?？纯瓷厦娴臄?shù)值 for 循環(huán)是如何使用賦值運算符的。有些語言看起來很簡單，但它們有許多隱藏的概念和語法，因此開發(fā)人員可能需要花費數(shù)年時間來掌握它們，即使他們可以在幾分鐘內開始使用這些語言。

一切都只有一種數(shù)據(jù)結構

現(xiàn)代編程語言通常提供多種預開發(fā)的數(shù)據(jù)結構，如數(shù)組、列表、映射、隊列、向量、集合等，但我們在大多數(shù)程序中只使用少數(shù)幾種數(shù)據(jù)結構。當一種特定的編程語言增加了新的數(shù)據(jù)結構時，它可能會通過影響語言的最小設計來為每種結構引入一種新的語法，例如，Python 有三種初始化三種數(shù)據(jù)結構的語法：

type([1, 2])                # 
type((2, 5))                # 
type({"a": 10, "b": 20})    #

Lua 僅使用稱為表結構的關聯(lián)數(shù)組結構來處理所有事情。它允許用戶僅使用一種基于大括號的語法來創(chuàng)建數(shù)組、映射和任何其他內容：

local array = {1, 4, 10, 12}
array[1] = 10

print(array[1])                 -- 10 (array index starts from 1 in Lua)

local map = {width = 200, height = 100}
map["width"] = 250
map.width = 350

print(map.width)                -- 350

print(type(array), type(map))   -- table   table

上面的代碼片段創(chuàng)建了帶有表的 array 數(shù)組。當我們不使用關聯(lián)鍵值對時，表實例可以作為具有數(shù)字索引的傳統(tǒng)數(shù)組進行訪問。Lua 允許您使用帶有類似于 C 結構體初始化的賦值運算符的表來創(chuàng)建映射。當您使用表結構創(chuàng)建地圖時，您可以使用類似 JavaScript 的屬性訪問語法，如上面的 map 變量所示。

上面的代碼片段使用 local 關鍵字使這些變量成為本地變量，因為 Lua 是一種詞法范圍的簡單語言。Lua 擁有有史以來最簡單的語法來獲取數(shù)組的長度：

print(#{1, 2, 5, 1})      -- 4

local arr = {1, 2}
print(#arr)               -- 2

為現(xiàn)代開發(fā)人員提供友好、高效的環(huán)境

每種極簡語言都可能無法為現(xiàn)代開發(fā)人員提供友好、高效的語法和功能。例如，C 語言無疑是一種只有 32 個關鍵字的極簡語言，但它并沒有為現(xiàn)代開發(fā)人員提供友好、高效的環(huán)境，因為它沒有映射結構、動態(tài)列表、高效的字符串處理方法、自動內存管理（垃圾回收）、基于 OOP 的功能以及注重生產(chǎn)力的速記功能。

Lua 是一種極簡語言，但它經(jīng)過精心設計，以極簡的方式滿足開發(fā)人員的每一個需求。Lua 允許您使用類似 Python 的現(xiàn)代方法迭代數(shù)組和映射：

local vowels = {"a", "e", "i", "o", "u"}
for i, v in ipairs(vowels) do
    print(i, v)
end

print("----")

local scores = {john = 120, david = 80, ann = 120, julia = 52}
for k, v in pairs(scores) do
    print(k, v)
end

上面的Lua代碼片段通過使用 ipairs() 和 pairs() 全局可迭代函數(shù)打印 vowels 和 scores 結構體的內容，如下所示以下預覽：

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Lua 支持多重賦值和多個函數(shù)返回值，作為一種對開發(fā)人員友好的現(xiàn)代語言：

local a, b = 10, 20
print(a, b)        -- 10   20

function getsize()
    return 20, 30
end

local w, h = getsize()
print(w, h)        -- 20    30

Lua 是一種多范式語言，因此它提供了函數(shù)式和面向對象風格的功能。例如，它允許您創(chuàng)建 lambda 函數(shù)，如下所示：

function exec(func)
    print("Running lambda...")
    func()
end

exec(function() print("Lua") end)   -- Lua
exec(function() end)                -- (empty function)

Lua 不像 C# 或 Java 等大多數(shù)以行業(yè)為中心的編程語言那樣提供那么多內置的 OOP 功能，但它提供了類似 Go 的最小類創(chuàng)建，而沒有內置的繼承功能：

Rect = {}

function Rect:new(width, height)
    self.width = width
    self.height = height
    return setmetatable({}, {__index = self})
end

function Rect:area()
    return self.width * self.height
end

local rect = Rect:new(100, 50)
print(rect:area())               -- 5000

local square = Rect:new(50, 50)
print(square:area())             -- 2500

在這里，我們使用 Rect 表結構創(chuàng)建了一個類，并通過 setmetatable() 內置函數(shù)和 __index 創(chuàng)建元表，將類屬性和方法附加到表中元方法。您還可以通過使用元表構建原型系統(tǒng)來實現(xiàn)繼承。從官方文檔中了解有關元表的更多信息。

最小但功能強大的標準庫

Lua 有一個最小但功能強大的預導入標準庫，提供數(shù)學函數(shù)、文件處理、操作系統(tǒng)函數(shù)、非搶占式多線程、調試、字符串操作、表操作以及與動態(tài)鏈接庫通信的功能。Lua的標準庫也是多范式的，這意味著，你可以通過傳遞標識符來調用標準庫函數(shù)，也可以將它們作為綁定對象的方法來調用。

例如，請參閱以下示例 Lua 代碼片段如何調用字符串函數(shù)/方法：

local msg = "Lua"

print(string.lower(msg))     -- lua (Using the functional style)
print(msg:lower())           -- lua (Using the OOP style)

print(string.reverse(msg))   -- auL
print(string.sub(msg, 1, 2)) -- Lu

在標準庫中 OOP 風格的支持下，您可以高效地鏈接字符串方法，如下所示：

local msg = "Hello Lua"

print(msg:sub(7):lower():reverse())   -- aul

Lua 沒有實現(xiàn) Regex，因為它會影響 Lua 嵌入程序的大小和 Lua 參考實現(xiàn)的復雜性，因此它提供了一個輕量級的類似 Regex 的但最小模式匹配的實現(xiàn)，如以下示例所示：

local productcode = "BL-202 AL-233"

for prefix, num in string.gmatch(productcode, "([A-Z]+)-(%d+)") do
    print(prefix, num) -- BL  202 .. AL 233
end

典型的 Regex 實現(xiàn)需要編寫 4000 多行代碼，但 Lua 用不到 500 行代碼實現(xiàn)了自己的類似 Regex 的輕量級模式匹配解決方案：

圖片

Lua 提供了一種讀取標準輸入流的簡單方法，因此構建 REPL 程序非常高效，如以下示例所示：

local lastname = ""
while 1 do
    io.write("Enter your name: ")
    input = io.read()
    if input == ":exit" then 
        print("Goodbye " .. lastname)
        break 
    end
    
    print(string.format("Hello %s, Welcome", input))
    lastname = input
end

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Lua 中的文件操作確實也非常高效。看下面讀取并打印 Lua 源文件內容的示例：

local file = io.open("main.lua", "rb")
print(file:read("*all"))

Lua還通過 os 模塊導出操作系統(tǒng)級操作，并提供一種通過 package 模塊調用動態(tài)鏈接庫函數(shù)的方法。您可以從官方文檔中探索所有可用的 Lua 標準庫模塊。

不會讓程序員感到困惑的錯誤處理策略

程序員應該正確處理程序中的錯誤。否則，特定程序可能會因嚴重錯誤而停止或產(chǎn)生無效輸出。使用面向 try-catch 的異常是現(xiàn)代軟件開發(fā)行業(yè)中最常用的錯誤處理策略。如果使用得當，使用 try-catch 異常是一個很好的策略，但異常通常會使代碼庫變得復雜。由于這個問題，Google C++ 代碼風格指南不建議使用異常，Golang 也沒有實現(xiàn)對使用基于 try-catch 的異常的支持。老式的類似 C 的錯誤代碼返回方法是簡化錯誤處理要求的方法。

Lua 不提供類似 Java 的基于 try-catch 的異常，但它提供了類似 Go 的基于錯誤代碼的簡化錯誤處理策略，您可以將其用作基于異常的錯誤處理方法。

看下面的例子：

function getresult(score)
    if score > 100 then
        error({code = 1002, msg = "Score shouldn't be higher than 100"})
    elseif score >= 50 then
        return 'P'
    else
        return 'F'
    end
end

for _, v in pairs({20, 120, 60}) do
    local ok, res = pcall(getresult, v)
    if ok then
        print("Result: " .. res)
    else
        print(string.format("Error [%s]: %s", res.code, res.msg))
    end
end

默認情況下，Lua 會在錯誤時停止代碼執(zhí)行，因此如果您的程序嘗試對兩個包含字母的字符串執(zhí)行算術運算，程序將拋出錯誤并停止。pcall() 全局函數(shù)允許您捕獲這些錯誤并通過在受保護執(zhí)行模式下執(zhí)行代碼來繼續(xù)執(zhí)行代碼。

上面的代碼片段通過在 getresult() 函數(shù)實現(xiàn)中調用 error() 全局函數(shù)來引發(fā)錯誤。它通過使用 pcall() 調用 getresult() 函數(shù)來檢查錯誤狀態(tài)。因此，上面的代碼片段在屏幕上打印錯誤負載并繼續(xù)執(zhí)行，如下所示：

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使用這種技術，我們可以簡單地進行錯誤處理，而不是像其他流行的現(xiàn)代語言那樣使用冗長的 try-catch 塊。如果拋出錯誤， pcall() 函數(shù)會動態(tài)設置第二個參數(shù)的錯誤表，否則，它會設置典型的返回值。

不使用任何特殊關鍵字的模塊系統(tǒng)

如果您使用過 JavaScript，您就會知道 JavaScript 模塊系統(tǒng)的復雜性。早些時候，Node.js 運行時使用 CommonJs 模塊系統(tǒng)。ECMAScript (ES) 標準引入了創(chuàng)建 JavaScript 模塊的新標準，然后 Node.js 開始支持 ES 模塊。因此，每個模塊系統(tǒng)都有不同的文件擴展名，即 .cjs 、 .mjs 、 .cts 等。標準 ES 模塊系統(tǒng)添加了三個新的文件擴展名JavaScript 的關鍵字/特殊標識符：export 、 import 和 as 。類似地，大多數(shù)流行的編程語言為模塊系統(tǒng)保留專用關鍵字。

Lua的模塊系統(tǒng)僅使用主要的 return 關鍵字和內置的 require() 全局函數(shù)。Lua 的模塊沒有實現(xiàn)任何保留的全局標識符，如 CommonJs 中的 module —— 它使用內置的表結構來定義模塊，如下例所示：

-- calc.lua
local calc = {}

function calc.add(a, b)
    return a + b;
end

return calc

上面的代碼片段通過添加 add() 函數(shù)在 calc.lua 文件中定義了一個名為 calc 的模塊?，F(xiàn)在，您可以使用 require() 函數(shù)導入和調用模塊函數(shù)：

-- main.lua
local calc = require("calc")

print(calc.add(10, 2))   -- 12

不涉及花哨的語法，也沒有引入新的專用關鍵字——這個最小的模塊系統(tǒng)可以在任何復雜的 Lua 項目中使用！

結論

在這個故事中，我們通過開發(fā)實用的 Lua 代碼示例來探索 Lua 腳本語言的簡單性。Lua 是一種對初學者友好的語言，具有最少的語法、少量的數(shù)據(jù)類型、只有一個內置的數(shù)據(jù)結構和一個簡單的標準庫。它也是一種功能齊全的語言，支持非搶占式多線程，并提供最小但功能齊全的標準庫。Lua 社區(qū)開發(fā)了一個 JIT 編譯器、一個托管數(shù)千個開源模塊的包管理器以及各種 C 庫的綁定，因此使用 Lua 構建生產(chǎn)軟件系統(tǒng)無疑是可能的。

然而，Lua 是一種被低估的語言，只有游戲開發(fā)者才知道。然而，它有潛力發(fā)展成為一種最小的動態(tài)類型腳本語言，并與 Python 和 Ruby 競爭。任何人都可以在幾分鐘內學會 Lua，因為它是有史以來最簡單、功能齊全的編程語言！

原文：https://levelup.gitconnected.com/lua-the-easiest-fully-featured-language-that-only-a-few-programmers-know-97476864bffc