《Lua 5.0的实现》第二章 - Lua的设计和实现概述



我们在前面的介绍中已经提到了Lua的设计理念：

简洁：我们寻找最简单的语言提供给大家，并用最简单的C代码来实现这门语言。这意味着需要一种较小的语言结构和简单的语法，并且和传统的用法很接近。

高效：我们寻求Lua语言的快速编译和运行。这意味着需要提供一个即快又小，一次编译的编译器，和高速的虚拟机。

可移植：我们希望Lua可以在更多的平台上运行，并且无需修改Lua的核心代码，就可以在各个平台上进行编译；希望有一个相配备的虚拟机，让Lua的程序无需修改就能在各个平台上运行。这表明我们需要一种简洁的ANSI C，它有很好的可移植性，例如它没有其他C语言和库函数的死角，它能确保其编译如C++一样的简洁。我们要的是没有告警的编译过程。

嵌入性：Lua是一种扩展语言；为大型项目提供脚本的便利是它的设计方向。这目标意味着需要有很多的C API，它们简洁、强大，而且它们只依赖于C的内置类型。

嵌入代价低：我们想要Lua可以很容易的添加到一个程序去，而不让程序的体积变大。这需要很紧凑的C代码和很小的Lua内核，可以像其它库一样进行添加。

    这些理念似乎有点自相矛盾。例如，Lua经常被用作数据描述语言，来存储配置文件，有时也用于较大的数据库（Lua程序去操作MB数量级的文件是很常见的事情）。这使得我们需要一个更快的Lua编译器。另外，我们要Lua程序有很快的速度。这使得我们需要一个很轻快的编译器，能够给虚拟机提供高质量的指令代码。因此，Lua编译器的实现要兼顾这两个需求。然而，编译器又不能太大，否则它会使程序的体积变大。针对那些对内存要求很高的程序——如嵌入式系统，它们可以嵌入不带编译器的Lua。这需要Lua程序预先在线下进行编译，然后在运行时载入这个已经编译好的小模块（载入过程也很快，因为模块只是二进制文件）。

    Lua使用手写的扫描器和手写的递归下降解析器。在Lua 3.0版本以前，我们还在用yacc提供的解析功能，它提供一个可以量化的工具来测试语言语法的稳定性。但是手写的解析器更小、更高效、有更高的可移植性，函数全部可重入。同时它能更好提供错误信息。

    Lua编译器使用非中间的表示法。它在解析一个程序的时候飞快的向虚拟机发送指令。不过它的确做了一些优化。例如，它对类似于变量和常量等基础表达式，做了代码延迟生成的处理。当它解析类似的表达式的时候，它没有产生代码，而是使用简单的结构体来表示它们。因此，它很容易判断一个指令的操作数是常量或者局部变量，然后将这些值直接用到指令中去，所以它避免了一些不必要的操作和移动数据的消耗（参考第三章）。

    为了使它能够跨C编译器和跨平台，Lua不能使用其他编译器常用的一些技巧，例如直线程代码（direct threaded code）。而Lua使用标准的while-switch调度循环。这样就导致了有些地方C代码看上去过于复杂，但是复杂的代码是为了保证可移植性。这些年来通过在不同编译器不同平台（包括64位和16位的平台）上的使用，Lua的可移植性的实现变得越来越好了。

    我觉得我们已经完成了我们的设计和实现的目标。Lua是一种可移植性很好的语言：只需要一个ANSI C编译器，Lua就可以在所有的机器上运行，不管是嵌入式系统还是大型机。Lua非常的轻量级：例如在Linux上，Lua的标准独立解析器就算用上所有的标准库，也不超过150K的大小；它的代码量少于100K。Lua是高效的：第三方的测评程序现实Lua是所有脚本语言中最快的一个（脚本语言指的是解析和动态类型的语言）。我也认为Lua是一门简单的语言，语句的风格和Pascal类似，语法与Scheme接近，但这只是一家之言。