Луа язык программирования основы

Основы декларативного программирования на Lua

Луа (Lua) — мощный, быстрый, лёгкий, расширяемый и встраиваемый скриптовый язык программирования. Луа удобно использовать для написания бизнес-логики приложений.

Отдельные части логики приложения часто бывает удобно описывать в декларативном стиле. Декларативный стиль программирования отличается от более привычного многим императивного тем, что описывается, в первую очередь, каково нечто а не как именно оно создаётся. Написание кода в декларативном стиле часто позволяет скрыть лишние детали реализации.

Луа — мультипарадигменный язык программирования. Одна из сильных сторон Луа — хорошая поддержка декларативного стиля. В этой статье я кратко опишу базовые декларативные средства, предоставлямые языком Луа.

Пример

В качестве наивного примера возьмём код создания диалогового окна с текстовым сообщением и кнопкой в императивном стиле:

function build_message_box ( gui_builder )

local my_dialog = gui_builder:dialog ( )

my_dialog:set_title ( «Message Box» )

local my_label = gui_builder:label ( )

my_label:set_font_size ( 20 )

my_label:set_text ( «Hello, world!» )

my_dialog:add ( my_label )

local my_button = gui_builder:button ( )

my_button:set_title ( «OK» )

my_dialog:add ( my_button )

return my_dialog

end

В декларативном стиле этот код мог бы выглядеть так:

Гораздо нагляднее. Но как сделать, чтобы это работало?

Основы

Чтобы разобраться в чём дело, нужно знать о некоторых особенностях языка Луа. Я поверхностно расскажу о самых важных для понимания данной статьи. Более подробную информацию можно получить по ссылкам ниже.

Динамическая типизация

Важно помнить, что Луа — язык с динамической типизацией. Это значит, что тип в языке связан не с переменной, а с её значением. Одна и та же переменная может принимать значения разных типов:

Таблицы

Таблицы (table) — основное средство композиции данных в Луа. Таблица — это и record и array и dictionary и set и object.

Для программирования на Луа очень важно хорошо знать этот тип данных. Я кратко остановлюсь лишь на самых важных для понимания деталях.

Создаются таблицы при помощи «конструктора таблиц» (table constructor) — пары фигурных скобок.

Создадим пустую таблицу t:

Запишем в таблицу t строку «one» по ключу 1 и число 1 по ключу «one»:

Содержимое таблицы можно указать при её создании:

Таблица в Луа может содержать ключи и значения всех типов (кроме nil). Но чаще всего в качестве ключей используются целые положительные числа (array) или строки (record / dictionary). Для работы с этими типами ключей язык предоставляет особые средства. Я остановлюсь только на синтаксисе.

Во-первых: при создании таблицы можно опускать положительные целочисленные ключи для идущих подряд элементов. При этом элементы получают ключи в том же порядке, в каком они указаны в конструкторе таблицы. Первый неявный ключ — всегда единица. Явно указанные ключи при выдаче неявных игнорируются.

Следующие две формы записи эквивалентны:

Во-вторых: При использовании строковых литералов в качестве ключей можно опускать кавычки и квадратные скобки, если литерал удовлетворяет ограничениям, налагаемым на луашные идентификаторы.

При создании таблицы следующие две формы записи эквивалентны:

Аналогично для индексации при записи…

Функции

Функции в Луа — значения первого класса. Это значит, что функцию можно использовать во всех случаях, что и, например, строку: присваивать переменной, хранить в таблице в качестве ключа или значения, передавать в качестве аргумента или возвращаемого значения другой функции.

Функции в Луа можно создавать динамически в любом месте кода. При этом внутри функции доступны не только её аргументы и глобальные переменные, но и локальные переменные из внешних областей видимости. Функции в Луа, на самом деле, это замыкания (closures).

function make_multiplier ( coeff )

return function ( value )

return value * coeff

end

end

local x5 = make_multiplier ( 5 )

print ( x5 ( 10 ) ) —> 50

Важно помнить, что «объявление функции» в Луа — на самом деле синтаксический сахар, скрывающий создание значения типа «функция» и присвоение его переменной.

Следующие два способа создания функции эквивалентны. Создаётся новая функция и присваивается глобальной переменной mul.

Вызов функции без круглых скобок

В Луа можно не ставить круглые скобки при вызове функции с единственным аргументом, если этот аргумент — строковый литерал или конструктор таблицы. Это очень удобно при написании кода в декларативном стиле.

my_name_is = function ( name )

print ( «Use the force,» , name )

end

my_name_is «Luke» —> Use the force, Luke

shopping_list = function ( items )

print ( «Shopping list:» )

for name, qty in pairs ( items ) do

print ( «*» , qty, «x» , name )

end

end

shopping_list

< milk = 2 ; bread = 1 ; apples = 10 ; >

—> Shopping list:

—> * 2 x milk

—> * 1 x bread

—> * 10 x apples

Цепочки вызовов

Как я уже упоминал, функция в Луа может вернуть другую функцию (или даже саму себя). Возвращённую функцию можно вызвать сразу же:

function chain_print ( . )

print ( . )

return chain_print

end

chain_print ( 1 ) ( «alpha» ) ( 2 ) ( «beta» ) ( 3 ) ( «gamma» )

—> 1

—> alpha

—> 2

—> beta

—> 3

—> gamma

В примере выше можно опустить скобки вокруг строковых литералов:

Для наглядности приведу эквивалентный код без «выкрутасов»:

do

local tmp1 = chain_print ( 1 )

local tmp2 = tmp1 ( «alpha» )

local tmp3 = tmp2 ( 2 )

local tmp4 = tmp3 ( «beta» )

local tmp5 = tmp4 ( 3 )

tmp5 ( «gamma» )

end

Методы

Объекты в Луа — чаще всего реализуются при помощи таблиц.

За методами, обычно, скрываются значения-функции, получаемые индексированием таблицы по строковому ключу-идентификатору.

Луа предоставляет специальный синтаксический сахар для объявления и вызова методов — двоеточие. Двоеточие скрывает первый аргумент метода — self, сам объект.

Следующие три формы записи эквивалентны. Создаётся глобальная переменная myobj, в которую записывается таблица-объект с единственным методом foo.

myobj = < [ "a_" ] = 5 >

myobj [ «foo» ] = function ( self, b )

print ( self [ «a_» ] + b )

end

myobj [ «foo» ] ( myobj, 37 ) —> 42

Примечание: Как можно заметить, при вызове метода без использования двоеточия, myobj упоминается два раза. Следующие два примера, очевидно, не эквивалентны в случае, когда get_myobj() выполняется с побочными эффектами.

Чтобы код был эквивалентен варианту с двоеточием, нужна временная переменная:

При вызове методов через двоеточие также можно опускать круглые скобки, если методу передаётся единственный явный аргумент — строковый литерал или конструктор таблицы:

Реализация

Теперь мы знаем почти всё, что нужно для того, чтобы наш декларативный код заработал. Напомню как он выглядит:

Что же там написано?

Приведу эквивалентную реализацию без декларативных «выкрутасов»:

do

local tmp_1 = gui : label ( «Hello, world!» )

local label = tmp_1 ( < font_size = 20 >)

local tmp_2 = gui : button ( «OK» )

local button = tmp_2 ( < >)

local tmp_3 = gui : dialog ( «Message Box» )

build_message_box = tmp_3 ( < label, button >)

end

Интерфейс объекта gui

Как мы видим, всю работу выполняет объект gui — «конструктор» нашей функции build_message_box(). Теперь уже видны очертания его интерфейса.

gui:label(title : string) => function(parameters : table) : [gui_element] gui:button(text : string) => function(parameters : table) : [gui_element] gui:dialog(title : string) => function(element_list : table) : function

Декларативный метод

В интерфейсе объекта gui чётко виден шаблон — метод, принимающий часть аргументов и возвращающий функцию, принимающую остальные аргументы и возвращающую окончательный результат.

Для простоты, будем считать, что мы надстраиваем декларативную модель поверх существующего API gui_builder, упомянутого в императивном примере в начале статьи. Напомню код примера:

function build_message_box ( gui_builder )

local my_dialog = gui_builder:dialog ( )

my_dialog:set_title ( «Message Box» )

local my_label = gui_builder:label ( )

my_label:set_font_size ( 20 )

my_label:set_text ( «Hello, world!» )

my_dialog:add ( my_label )

local my_button = gui_builder:button ( )

my_button:set_title ( «OK» )

my_dialog:add ( my_button )

return my_dialog

end

Попробуем представить себе, как мог бы выглядеть метод gui:dialog():

function gui:dialog ( title )

return function ( element_list )

— Наша build_message_box():

return function ( gui_builder )

local my_dialog = gui_builder:dialog ( )

my_dialog:set_title ( title )

for i = 1 , #element_list do

my_dialog:add (

element_list [ i ] ( gui_builder )

)

end

return my_dialog

end

end

end

Ситуация с [gui_element] прояснилась. Это — функция-конструктор, создающая соответствующий элемент диалога.

Функция build_message_box() создаёт диалог, вызывает функции-конструкторы для дочерних элементов, после чего добавляет эти элементы к диалогу. Функции-конструкторы для элементов диалога явно очень похожи по устройству на build_message_box(). Генерирующие их методы объекта gui тоже будут похожи.

Напрашивается как минимум такое обобщение:

function declarative_method ( method )

return function ( self, name )

return function ( data )

return method ( self, name, data )

end

end

end

Теперь gui:dialog() можно записать нагляднее:

gui.dialog = declarative_method ( function ( self, title, element_list )

return function ( gui_builder )

local my_dialog = gui_builder:dialog ( )

my_dialog:set_title ( title )

for i = 1 , #element_list do

my_dialog:add (

element_list [ i ] ( gui_builder )

)

end

return my_dialog

end

end )

Реализация методов gui:label() и gui:button() стала очевидна:

gui.label = declarative_method ( function ( self, text, parameters )

return function ( gui_builder )

local my_label = gui_builder:label ( )

my_label:set_text ( text )

if parameters.font_size then

my_label:set_font_size ( parameters.font_size )

end

return my_label

end

end )

gui.button = declarative_method ( function ( self, title, parameters )

return function ( gui_builder )

local my_button = gui_builder:button ( )

my_button:set_title ( title )

— Так сложилось, что у нашей кнопки нет параметров.

return my_button

end

end )

Что же у нас получилось?

Проблема улучшения читаемости нашего наивного императивного примера успешно решена.

В результате нашей работы мы, фактически, реализовали с помощью Луа собственный предметно-ориентированный декларативный язык описания «игрушечного» пользовательского интерфейса (DSL).

Благодаря особенностям Луа реализация получилась дешёвой и достаточно гибкой и мощной.

В реальной жизни всё, конечно, несколько сложнее. В зависимости от решаемой задачи нашему механизму могут потребоваться достаточно серьёзные доработки.

Например, если на нашем микро-языке будут писать пользователи, нам понадобится поместить выполняемый код в песочницу. Также, нужно будет серьёзно поработать над понятностью сообщений об ошибках.

Описанный механизм — не панацея, и применять его нужно с умом как и любой другой. Но, тем не менее, даже в таком простейшем виде, декларативный код может сильно повысить читаемость программы и облегчить жизнь программистам.

Полностью работающий пример можно посмотреть здесь.

Дополнительное чтение

  • Lua Programming Manual (Перевод)
  • Programming in Lua
  • Lua Unofficial Frequently Asked Questions
  • Lua Programming Gems
  • Lua Users Wiki
  • The evolution of an extension language: a history of Lua — Статья 2001-го года, в которой, в частности, хорошо видны истоки декларативного синтаксиса в Луа.

Источник

Читайте также:  Университеты нью йорка программирование
Оцените статью