#opensource

Обзор на Lua 👩‍💻

Lua это классический скриптовый язык, широко известный в некоторых кругах. На нем пишутся аддоны к World of Warcraft, Nmap, Nginx, Adobe Lightroom, Neovim, и еще к сотне других проектов. Я решил сделать обзор и собрал всякую редкую информацию.

Этот язык простой как пробка. Основу можно узнать в Learn Lua in 15 minutes.

В языке единственная структура данных это хэш-таблица. Там есть многочисленный синтаксический сахар, то есть эти записи:

foo.bar = 1337
function Lib.sum (x, y) return x + y end
list = {"apple", "orange", "banana"}

... аналогичны этим:

foo["bar"] = 1337
Lib["sum"] = function (x, y) return x + y end
list = {[1] = "apple", [2] = "banana", [3] = "orange"}

... то есть "массив" это тоже хэш-таблица с ключами от 1 до n (нумерация массивов в Lua с единицы)

Через эти хэш-таблицы имитируется абсолютно всё с использованием разного рода костылей.

Даже можно реализовать, с позволения сказать, ООП.
Объекту foo (хэш-таблице) можно придать ссылку __index на базовый класс (другую хэш-таблицу).
Если какого-то поля foo.bar (ключа bar в таблице foo) нет, то интерпретатор Lua посмотрит в таблицу foo.__index, а если и там нет, то в foo.__index.__index, и так далее.

В языке есть корутины, closure (как лямбда-функции в C++), рефлексия, и прочие нужные приколы.

В интернете есть многие сотни статей про Lua, даже я написал статью 10 лет назад, но лучше читать книгу от автора Programming in Lua. В книгах обычно самое полное изложение, в то время как статьи в интернете заведомо неполные и обычно пишутся чтобы "показать чето крутое".
В книге есть такая информация, которой больше нигде нет, например:
1️⃣ Разные флаги, например флаг LUA_32BITS скомпилирует интерпретатор "Small Lua" с 32-битными числами
2️⃣ Описание условий tail call optimization у функций
3️⃣ Метки и goto
4️⃣ Особенность сборки мусора

Изначально Lua состоял только из интерпретатора и годился для интеракции с проектами на C/C++ (хотя Lua можно использовать и сам по себе как самостоятельный язык).

За долгое время накопилась куча библиотек и проектов. Есть даже несколько новых интерпретаторов/компиляторов, то есть от авторского Lua там только синтаксис языка. Есть полуживой менеджер пакетов LuaRocks (я туда делал пару коммитов).
Конечно, с Python объем всего добра не сравнится, но по сравнению с другими скриптовыми языками Lua выглядит хорошо.

Интересно, что в языке есть навороченный сборщик мусора. Это реализация обычного mark-and-sweep, с крутыми особенностями:
1️⃣ Раньше сборщик мусора делал stop-the-world (когда посреди исполнения программа останавливается и сборщик собирает весь мусор), а сейчас сборщик инкрементальный.
Каждый раз, когда нужно аллоцировать память в N байт, сборщик мусора заодно делает небольшой объем работы, прямо пропорциональный этому N.
В итоге не происходит никаких "фризов", просто аллокация памяти выглядит чуть замедленной.
2️⃣ На объект (= хэш-таблицу) можно повесить функцию, которая вызовется перед "удалением" этого объекта сборщиком мусора. Прикол в том, что внутри этой функции можно сохранить объект в какую-нибудь переменную, и удаления в итоге не произойдет. Это называется воскрешением объекта ✝️. Такого нет во многих языках.
В книге есть разные примеры использования этой техники.
3️⃣ В таблице можно пометить все ключи и/или значения как "weak". Тогда сборщик мусора не будет считать такие ссылки за настоящие ("strong") и в при удалении объекта удалит протухшую пару ключ-значение из таблицы.

Кстати, у Вани в канале есть сборник постов о GC, можно подписаться и почитать 😐

Интерпретатор Lua работает так - читает исходник, транслирует его в "байткод" и интерпретирует этот байткод (как в Java), это быстрее и удобнее.
Поисследовать этот процесс можно, скомпилировав исходники Lua в debug-режиме и запуская его из-под gdb.

Лексер (перевод кусков кода в "токены") и парсер (перевод "токенов" в байткод) работают одновременно, трансляция происходит в один проход, достаточно смотреть на следующий токен (это LL(1)-парсер).
Это самый простой транслятор, и наверное каждый смог бы реализовать перевод Lua в байткод.