Lua: 好的, 坏的, 和坑爹的

在我使用Lua编程整整9个月后, 是时候停下来反省一下这段经历了. 过去了几年里, 我使用了各式各样的语言:Perl (soaplite.com, 还有其它的项目, 包括我现在的咨询工作), C (DHCPLite 和 ping-pong juggling robot), JavaScript (Google Maps相关经验 和 canvas), MATLAB (ping-pong juggling robot), 等等, 从Turbo Pascal 到 F# -- 比较一下Lua和我接触过的其它语言是一件非常好玩的事情. 我已经使用Lua完成了一些不同类型的项目: 一个远程调试器(MobDebug), 扩展了一个LuaIDE (ZeroBrane Studio), 一个移动应用程序 (LuaRemote), 一些教育性的脚本 (EduPack), 还有一个使用Lua在浏览器画板上进行绘图的demo.

虽然我已经见过很多提到Lua的好和坏的列表 (例如, Lua的优势, 为什么使用Lua, 为什么Lua没有得到广泛地应用, Lua的优点,Lua的好和坏, Lua对比JavaScript, 还有Lua的陷阱), 但是有些特性坑死爹了, 还有些他们忘了提, 所以我就自己搞了个列表. 虽然这说不上非常专业, 也没有覆盖到语言的每个方面 (如 math 和string 库), 但这是根据我的编程语言经历得出来的.

好的

• 小巧: 20000行C代码 可以编译进182K的可执行文件 (Linux下).
• 可移植: 只要是有ANSI C 编译器的平台都可以编译. 你可以看到它可以在几乎所有的平台上运行:从 microcontrollers  Lego Minstorms NXT, 到 移动平台, 到 游戏主机,甚至 浏览器 (翻译成JavaScript).
• 作为一个嵌入式可扩展语言 提供了简单直接的 C/C++交互接口.
• 足够快:见 与其它语言的性能比较, 还有一个 JIT编译器可以显著地提高多数任务的性能; 对于那些仍然对性能不满意的人, 可以把关键部分使用C实现, 然后与其集成, 这样还可以享受其它方面的好处. [3/9/2013更新]替换已经消失的结果为 benchmarksgame.
• 文档完善: 参考手册, 书籍, wiki, 6页的简短参考 等.
• 友好和热情的社区. 在杰出的文档, wiki, 邮件列表, 和 StackOverflow中,没有什么问题没有我找不到答案的.
• 适合初学者和非程序员的简洁语法. Lua 从 Modula (Pascal的分支, 已经广泛应用于教育做为教学语言)借鉴了多数的控制语法. 我现在仍然记得早期使用过Philippe Kahn的快速而优雅的 Turbo Pascal IDE.
• 集成的解释器:只需要在命令行下运行 lua.
• 先天的协程支持, 用于实现 迭代器 和非抢占式多线程.
• 低延迟的增量垃圾回收, 没有额外的内存开销, 低实现复杂度, 并且支持 weak tables.
• 强大并多样化的表 可以保存任意类型的数据 (除了 nil) , 还可以使用任意类型的值进行索引 (除了 nil): {1, 2, 5, foo = "bar", [func] = "something", ["some spaces"] = value()}.
• 词法作用域.
• 一流的函数 和 闭包 支持的 函数式编程.
• 尾调用: return functioncall().
• 递归函数不需要事先声明: local function foo() ... foo() ... end; 注意这样不行 local foo = function() ... foo() ... end.
• 函数返回 多个值: return 1, 2, 3. 调用者可以认为返回值是任意个数的: 如果多于3个, 其余会被丢弃; 如果少于3个, 那其它的会是未初始化的 nil.
• 函数允许变化的变量个数, function foo(...) local args = {...}; bar(param, ...) end.
• Table可以 "拆包" 成参数列表,unpack (或 Lua 5.2的 table.unpack): print(unpack({1, 2, 3})) 打印1 2 3.
• 操作环境变量 (Lua 5.1中的getfenv 和setfenv 和Lua 5.2中的_ENV 操作), 此外还可以构造 沙盒 .
• 同时赋值多个变量: local a, b, c = 1, 2, x, y = y, x, or a, b = foo().
• 多行字符串 (using [[...]]; 可以使用 [[...[=[...]=]...]])包含和注释 (--[[...]]).
• 可选的分号语句分隔符 (多数用于解决模棱两可的的情况 a = f; (g).x(a)).
• 重载使用 metatables.
• 元编程 可以根据你的 DSL修改抽象语法树来创造新的语法.
• for 语句有两种形式: generic (使用迭代器: for a in iter() do ... end) 和 numeric (使用数字: for a = 1, 5, 0.1 do ... end); 数字的这个支持各种类型的步进 (不仅仅是整数).
• 函数调用的语法糖 (f'string', f"string", f[[string]], andf{table})和方法调用(obj:m()).
• 简单而强大的 调试 库.

与众不同的

• 表和字符串索引从1而不是0开始.
• 对一个表中的值赋 nil 会从表中删除它. 这就是说对于不存在的值返回 nil , 所以元素存不存在跟它是不是 nil是同一个问题. a = {b = nil} 产生一个空表.
• 没有独立的整数类型; 数字类型 表示的是实数.
• 没有类; 面向对象 使用 表 和 函数实现; 继承使用 metatable 机制实现.
• 方法调用使用 object:method(args) 的写法, 与 object.method(object, args) 的写法是等价的, 但 object 只取值一次.
• nil 和false 是仅有的表示假的值; 0, 0.0, "0" 等其它的一切值都是true.
• 不等于是 ~= (例如, if a ~= 1 then ... end).
• not, or, and 操作符是逻辑运算符.
• 赋值是语句, 这就意味着没有 a=b=1 或if (a=1) then ... end的写法.
• 没有 a+=1, a++, 或其它简写形式.
• 没有 continue 语句, 尽管有一个 解释 和一堆的替代品, 如在循环中使用 repeat break until true 跳出 或者使用一个Lua 5.2中的goto 语句.
• 没有 switch 语句.
• 某些上下文可能会用到括号; 例如, a = {}; a.field 正常, 但{}.field 不行; 后者需要这样写 ({}).field.
• 循环的控制变量默认是局部的,  循环完了就没了.
• for 循环中的极限和步进值是 缓存过的; 这意味着 for i = init(), limit(), step() do ... end 中的三个函数 init, limit, 和step 只在循环开前调用过一次.
• 条件 和其它控制语言不需要括号.
• 字符串和数字会自动转换 (需要一个数字时提供一个字符串, 反之亦然), 除了相等比较: 0 == "0" 为false, {} ~= 1 为 true, 还有foo["0"] 和foo[0] 引用的是表中不同的值; 其它关系运算符会在比较不同类型的值时产生错误.
• 逗号和分号 都可以作为表中的元素分隔符; 也同样都可以作为 可选的分隔符 放在结束括号前: a = {a = 1, b = 2, }.
• 比想像中还要少的内部组件; 可能一些人觉得这就像 "电池没有包含在内"一样. 从另一个角度来看, 这成就了它的紧凑而又可移植的核心, 不过同时有一些库可以进行补偿, 如 LuaRocks 和Penlight.

坏的

• 有限的错误处理支持 (使用pcall 和xpcall),尽管有些人 争论这已经够用了 , 只需要加一些语法糖和特性支持 (如确定性的finalizer).  pcall 和error 的组合十分强大, 特别是 error 可以返回任何东西 (例如一个表)而不是仅仅是一个字符串, 但是 catch ... finally 结构在多数情况下可能更加清晰直观.
• 默认是全局的作用域 (这么说对 Lua 5.2不公平, 它已经没有全局了). 有一个 strict 模块要求所有全局变量都需要初始化. 虽然我并没有很多问题是由未初始化的全局变量引起的, 但还是把它放到"坏的"分类, 因为有一次我犯了一个错误, 在调用一个"next"变量时没有局部化它, 引起一个问题 就是迭代器覆盖了另一个模块的next 函数.
• 没有Unicode 支持 (最起码string.len 和模式识别函数需要识别 Unicode 字符); 不过有一个ICU库的 绑定 实现了Unicode支持. 可以看一下这条 消息 和后续总结的的关于现有的支持和string.* 需要什么样的修改.
• 有限的模式匹配支持, 尽管已有的也十分强大.在使用了15 年 Perl后, 我非常想念其中的一些正则表达式特性(多数是前向搜索, 可选组 (group )?, 还有组内组), 没有任何一个都是会增加实现复杂度的. 对于需要更强大的正则表达式的人可以使用 LPeg 和它的 re 模块.
• 没有三目运算符; 有一些替代品. 一般我使用 foo = test and value1 or value2 形式,   value2 在test 和value1 都为 false时可以赋值.
• 没有内置POSIX函数. 虽然有 luaposix 模块, 但是它需要编译, 这并不是一个好的选择. 尽管对于这个我并没有很强的需求, 但是每当我需要获取/设置一个环境变量时总会直观想到去访问 getenv 和setenv  [6/1/2012更新]  miko 在评论中提到, 有 os.getenv, 但是没有相应的 os.setenv.
• 没有类/对象 finalizer. Lua 通过 __gc metamethod提供finalizer 的功能 , 但它只能用于自定义类型 (不是表), 并且不能跟其它语言的相应功能匹配, 举例来说, Perl中的 DESTROY 和 END方法. [05/27/2012更新]  Lua 5.1中有一个没有文档说明的 newproxy特性, 它实现了表的 finalizers; Lua 5.2 移除了这个特性的同时增加了 表的__gc元方法.
• 没有Lua和C代码之间的yielding: coroutine.yield 在跨越 Lua/C 边界调用时会失败 attempt to yield across metamethod/C-call boundary. 我在使用 luasocket和协程进行异步编辑时多次遇到过这个错误, 最后使用 copas 模块解决. 在Lua 5.2中这个问题得到解决.

坑爹的

• 表中元素的个数并不是很容易获取, 结果取决于你怎么做 (或你怎么定义"长度"). 这可能不是个意外, 因为Lua提供了强大的表并支持灵活的索引方式 (数字或其它Lua类型, 除了 nil). Lua中的表有两部分:  "数组" 部分(使用 t = {1, 2, 3}生成) 和 "哈希" 部分(使用t = {a = "foo", ["b"] = 2}生成); 这两者可以灵活地结合在一起. #table 返回最短的"数组"部分长度(没有任何缺口) 而table.maxn(t) 返回最长的 "数组" 部分(Lua 5.2移除了这个函数). "哈希" 部分没有定义长度. 两者都可以使用 pairs 方法进行遍历, 同时允许你对其中的元素进行计数. 然而, print(#{1, 2, nil, 3}) 打印4 却不是想像中的 2 ,print(#{1, 2, nil, 3, nil}) 打印的则是2. 我确信有一个合理的理由解释它, 但是现在说是就是"坑爹"的地方. [11/17/2012更新] FireFly 在评论中提到, Lua 5.2 中表的长度 只定义成 没有洞的.
• return 必须是语句块中的最后一句; 也就是说,function foo() print(1); return; print(2) end 会触发一个错误 'end' expected... 或 unexpected symbol near <whatever statement you have after 'return'> (这取决于在return 之后有没有分号). 没有人会这样写, 除非你在调试, 但我却被它坑了好几次. 原本我想把它放进"与众不同的"分类, 但是我发现它前后矛盾. 在一个不能使用 return的地方却能使用 do return end . [5/19/2012更新] 这同样出现在 break 语句上, 虽然在Lua 5.2中 break 不再必须是语句块的最后一句了.
• 函数只返回一个值但它并不是列表中的最后一个; 如:

    function f123() return 1, 2, 3 end  function f456() return 4, 5, 6 end  print(f123(), f456()) -- prints 1, 4, 5, 6  print(f456(), f123()) -- prints 4, 1, 2, 3

  这个 return 的行为也受到这条规则约束: return f456() 返回3个值, 但return (f456()) 只返回一个值 (注意多出的括号). 关于这个语言特性有 很好的文档, 但我仍然认为它太坑爹了 (或许在旁人看来它是优点).

总的来说, 到目前为止我很享受这个语言带来的简洁和便利, 尽管有些东西跟我之前的做法有点不一样. 特别是在8岁的儿子很快地学会了Lua的语法后, 我觉得自己的那些关于 Turbo Pascal 的经历已经过时了.