最近对Lua很感兴趣，以下是本阶段学习的总结，包含三部分，一部分是基础语法，一部分是扩展和解释器嵌入，最后一部分是Lua小练习。

   知识涉及：Lua语言编程基础；Lua&C++：Lua扩展、嵌入Lua解释器、裸写C++扩展、借助swig写C++扩展。平台：Linux、gcc4.8.2

一、基础语法

1、print("Hello World")

Lua中不需要分号，也不需要python那样的严格格式；

单引号跟双引号等价，多行文本使用两个中括号扩起来：[[multi line]]；

代码中的注释：--开头的一行，或者是--[[ 多行注释 --]]；

Lua关键字：and break do else elseif end false for function if in local nil not or repeat return then true until while；

所有变量默认是全局变量，除非加上local 关键字；

支持多参数赋值：a, b = 1, 2；

Lua中的变量是对值的引用；

and和or都是short-cut-evaluation，a = 4 and 5， a是5； a = 4 or 5，a是4；

Lua不支持：switch-case、continue、i++、++i；

Lua将false、nil视为假，将其它视为真；

在Lua5.2之后，全局表为_ENV是一个table，这里包含了所有能使用的函数、类型、全局变量；

package.loaded 这也是个table，保存了所有加载的模块，如果写扩展（Lua脚本或者C模块），可以通过修改_ENV表或者package.loaded来手动添加扩展模块；

2、数据类型

（1）常用数据类型：number、string、table、function、bool、nil；
（2）不常用数据类型：userdata、thread；

注意：table也就是key--value键值对；function也是一种类型；thread也是一种类型，与协程相关；userdata用于表示自定义类型。

3、连接字符串

 a..b，变量a跟变量b的值连在一起，a和b是number或者string；

eg： 

a = 123  b = 'world' print(a..b)  --输出：123world

4、table变量的定义

(1)a = {}   变量a指向空的table

(2)a = {1, "2"}    变量a指向 {1, "2"} table

(3)a = {} a["a"] = 1 a["x"] = 2    变量a指向空的table，接着通过a对这个table赋值

(4)a = {["x"] = 1, y = 2, [1] = "a"}    table构造的方式1

(5) a = {[{}] = "x", b = {}}   table构造的方式2

table可以作为数组，如上面的(2)，也可以是map，如上面的（3）和（4）。

key可以是任何数据类型：number、string、table、function，value也可以是任何数据类型。
这也许就是动态类型带来的极大随意性吧。

5、table变量的使用

a[1] 或者是 a["b"]，总之就是用map的方式去索引，table也用来表示数组（数组也只能用table表示），数组table的key为数字。

function tablelength(T)
    local count =0
    for _ in pairs(T) do 
        count = count +1
    end
    return count
end

7、if--else语句

a = 1
if a == 1 then
    print("a is 1")
elseif a == 2 then
    print('a is 2')
end
-- 不等于号：~=

8、while语句

a = 1
while a ~= 5 do
    a = a + 1
    print(a)
end

注意：没有continue、i++

9、for语句

for语句有两种使用方式：
(1) for 开始数字、终止数字、步长 do ...

for k = 1, 10, 2 do 
    print(k) 
end -- 输出:1 3 5 7 9

(2) pair 和 ipair

a = {'a', 'b', 'c'}
for k, v in ipairs(a) do 
    print(k, v)
end  
--[[
输出:
1    a
2    b
3    c
--]]

a = {b='b', a='a'}
for k, v in pairs(a) do 
    print(k, v)
end
--[[
输出：
a   a
b   b
--]]

ipair只能用在数字为key的table上，且遍历从1开始，直到对应key的value为nil，pair则没有这个限制。

10、repeat语句

a = 1
repeat 
    a = a + 1
    print(a)
until a == 5

11、函数

function add(a, b)
    return a + b
end
function nothing(a, b)
    return a, b
end

括号不能随便加，多个返回值再加上括号，就只返回一个：

print(nothing(1, 2)):   --输出1 2
print((nothing(1, 2))):  -- 输出1 

如果参数是一个table，则可以省略括号：

function add(a)
    return a.a + a.b
end

print(add({a = 1, b = 2}))  -- 3
print(add{a = 1, b = 2})  --3

支持可变参数：

function test1( ... )
    for i = 1, select('#', ...) do
        local arg = select(i, ...)
        print(arg)
   end
end


function test2( ... )-- 这种方式不推荐，会导致nil参数把参数列表截断
     for i, v in ipairs{...} do
         print(v)
     end
end


test1('a', nil, 'c')
--[[
输出：
a
nil
c
--]]

test2('a', nil, 'c') 
--[[
输出:
a
--]]

12、闭包（closure）

闭包对于C++程序员来说是个新奇的概念（三年前我就觉得它很新奇），举个栗子：

test = function(a)
    first = 2;  --这个变量可以被嵌套在test函数中的函数访问，这个在Lua中也称为upvalue
    return function(b) 
        tmp, first = first, b
        return tmp + b end
end

add = test();
print(add(2)); -- 4
print(add(3)); -- 5

闭包也是实现泛型for的原理（就是有个地方保存着变量），闭包还可以实现私有变量。 

15、require引入扩展库

require('math') 
print(math.pi)

16、IO操作

--读文件：
local file = assert(io.open('file_path', 'r'))
for line in file:lines() do print(line)
end
file:close()
--写文件：
f_w = assert(io.open('file_path', 'w'))
f_w:write('xxx')
f_w:close()

17、table库，可以对数组做各种操作

注意，是数组。
（1）数组元素连接：table.concat, ： a = {"a", "b"} print(table.concat(a)) 输出：ab
（2）数组元素插入： table.insert, : a = {"a", "b"} table.insert("c")
（3）数组元素最大序号：table.maxn, ： a = {"a", "b", [100] = "z"} print(table.maxn(a))
（4）数组元素删除：table.remove, ： a = {"a", "b"} table.remove(a, 1): 删除到序号为1的元素“a”
（5）数组元素排序：table.sort， ：默认会根据元素的值从小到大排序，也可以自定义排序lambda函数：

a = {"b", "1", "z", "a"} 
table.sort(a, function(a, b) return a > b end) 
print(table.concat(a))

18、string库可以对数组做各种操作，有类正则表达式的功能

string.gfind string.gmatch string.gsub string.len

eg：

a = 'abc123'
b = string.match(a, '[a-z]([a-z])')
print(b)  --输出：b

b = string.gmatch(a, '[a-z]')
for item in b do print(item) end  --输出：a b c

local _, count = string.gsub(a, "[a-z]", "X")
print(_) -- 输出：XXX123
print(count) --输出：3

print(string.len(a)) --输出：7

19、协同程序

    这是个有趣的功能，简单说就是让一个函数执行到一半就停下来去干别的，接着由于某些事件触发它继续往下走。控制者和被控制者在同一线程中执行，所以协程是单个线程上的设计，设计的初衷可能是为了在执行IO操作时交出控制权，之后再通过状态切换/事件通知的方式让程序继续往下执行，减少CPU的空闲等待浪费。
lua上的demo：

co = coroutine.create(function() print("hi") end)
coroutine.resume(co)

    协程这个知识很多语言都有，甚至在Linux C++中，都有人为网络服务实现了协程，做法是对阻塞的socket API做hook，调用这个函数时，应用程序切换去做其它事情，直到有通知触发，才继续从阻塞处往下执行。
扩展阅读：http://www.udpwork.com/item/12045.html；腾讯开源的libco库：http://code.tencent.com/libco.html

    协程的关键是，在执行耗时IO操作时，系统可以让出控制权，让用户去干别的事情。这跟异步API很像，不同的是异步API的使用会要求有回调函数，所以我们实现一个功能的时候，会有异步API调用+回调函数，这样就有两部分代码（当然，有些语言可以有lambda函数，这样代码就放在一块了），而如果使用协程，代码是可以放在一起的，好像在使用同步API写代码一样（调用到关键API时会主动停下来，交出控制权，后面能拿到控制权继续往下执行）。
扩展阅读：http://blog.csdn.net/kobejayandy/article/details/11856735

    在Lua中，通过协程可以实现主程跟协程的数据交换：

function foo (a)
    for i=1, 10 do
        print('I get from outsite:'..coroutine.yield('I sent to outsite:'..(2 * a)))
    end
end

co = coroutine.create(foo)
print(coroutine.resume(co, 1))

--[[ 输出：
I get from outsite:1
true    I sent to outsite:2
--]]

print(package.path) --这是Lua脚本模块可加载地址
print(package.cpath) --这是C程序库可加载地址

export LUA_PATH='/home/work/cswuyg/install/lua-lua/lib/md5/?.lua;./?.lua'
export LUA_CPATH='/home/work/cswuyg/install/lua-so/?.so;./?.so'

mt = {}  -- 元表
a = {}
setmetatable(a, mt)
mt.__index = {['x']=1}
print(a.x) 
-- 输出：1

mt = {}
mt.__newindex = {}
a = {}
setmetatable(a, mt)
a.x = 10
for k, v in pairs(mt.__newindex) do
print(k, v)
end
 --[[
输出：
x       10
注意到，x并没有保存在a中，而是保存在a的元表的__newindex字段所指向的table里。
--]]

a = {['a'] = 'xx'}
print(rawget(a, 'a')) --输出xx

--设置table的默认值：
function set_defalut(table, value)
    local key = {}
    table[key] = value
    local mt = {__index = function(table) return table[key] end}
    setmetatable(table, mt)
end

table = {}
set_defalut(table, 100)
print(table.x) --输出100

--当table中不存在x时，会去找__index字段保存的函数。

function to_string(a)
    local ret = ''
    for k, v in pairs(a) do
        ret = ret..k..':'..v..'\n'
    end
    return ret
end
 
function add_to_string(a)
mt = {__tostring=to_string}
setmetatable(a, mt)
end
 
table = {['a'] = 'a', ['b'] = 'b'}
add_to_string(table)
print(table)

--[[输出：
a:a
b:b
--]]

A = {["b"]="b"}
function A:next(info)
    print(info, self.b)
end
 
function A:first(x)
    A:next("call from A:first")
end
 
A:first('x')
--[[
输出：call from A:first       b
--]]

module(..., package.seeall)

function union(t1, t2)
    local ret = {}
    for k, v in pairs(t1) do
        ret[v] = true
    end
    for k, v in pairs(t2) do
        ret[v] = true
    end
    mt = {__tostring=__tostring}
    setmetatable(ret, mt)

    return ret
end

function __tostring(t) 
    ret = ''
    for k, v in pairs(t) do
        ret = ret..k..'\n' 
    end
    return ret
end

require('mod')

t1 = {'a', 'b'}
t2 = {'b', 'c'}

print(mod.union(t1, t2))

--[[
输出：
a
b
c
----]]

 上面模块的代码，涉及到的知识：扩展模块编写、元表\元方法、table遍历、字符串连接

2、嵌入Lua解释器

Lua语言天生是为嵌入存在，嵌入也是很简单的事情。

让你的可执行程序能够执行Lua脚本代码，举个栗子：

下载：首先要到官网下载Lua源码：http://www.lua.org/download.html，我下载了最新的Lua-5.3.2版本。

编译：如果Linux环境下出现错误：libreadline.so: undefined reference to `PC，需要修改、src/Makefile，增加-lncurses；可能还需要修改Makefile里的安装目录，装到自己目录下。

然后就可以开始写测试代码了：

makefile：

OBJ=test.o
CC=g++
CFLAGS=
ROOTDIR=./../
LUADIR=/home/users/cswuyg/install/lua/
LIBS=-llua -ldl

test: $(OBJ)
    $(CC) $(CFLAGS) -o test $(OBJ) -L$(LUADIR)lib $(LIBS)

test.o: test.cpp
    $(CC) $(CFLAGS) -c test.cpp -I$(LUADIR)include

test.cpp

/**
 * @file test.cpp
 * @author cswuyg
 * @date 2015/12/20 12:44:38
 * @brief 嵌入Lua解释器
 *  
 **/
extern "C"
{
    #include "lua.h"
    #include "lualib.h"
    #include "lauxlib.h"
}
#include <iostream>
#include <string>
#include <iostream>
#include <string>
#include <fstream>
#include <sstream>

//测试 luaL_dofile函数
void test_dofile(lua_State* L, const std::string& file_path) {
    luaL_dofile(L, "test.lua");
    std::string lua_ret = lua_tostring(L, 1);
    std::cout << "lua ret:" << lua_ret << std::endl;
}

//测试 luaL_dostring函数
void test_dostring(lua_State* L, const std::string& file_path) {
    std::ifstream ifs;    
    ifs.open(file_path.c_str());
    if (!ifs.is_open()) {
        return ;
    }
    std::stringstream buffer;
    buffer << ifs.rdbuf();
    std::string file_info(buffer.str());
    luaL_dostring(L, file_info.c_str());
    std::string lua_ret = lua_tostring(L, 1);
    std::cout << "lua ret:" << lua_ret << std::endl;
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    lua_State* L = luaL_newstate();
    luaL_openlibs(L);
    test_dostring(L, "test.lua");
    test_dofile(L, "test.lua");
    lua_close(L);
    return 0;
}

test.lua

function add(a, b)
    return a + b
end

c = add(10, 20)
return "10 + 20 is: "..c

从上面的test.cpp demo中可以看到关键函数：luaL_dostring 或者 luaL_dofile。

嵌入Lua解释器之后产生的ELF文件，strip（Linux strip命令）之后只有204KB。

Lua解释器的效率非常高，对于hello world类的demo，只需要200微秒（在我的机器上），而对应的采用V8解释器执行js hello world需要2毫秒。

对于存在大量重复调用的demo代码，上了LuaJIT性能可以提高几倍（如果代码不存在多次调用，JIT很难提高性能，除非是运行时的其它处理能达到代码优化效果。测试了一次lua add函数调用，LuaJIT性能没有提高）。以下是多次重复Lua函数调用测试代码：

function add(a, b)
    return a + b 
end
 
for k = 1, 100000 do
c = add(10, k)
end
return "10 + 20 is: "..c       

Lua耗时：10700微秒；

LuaJIT耗时：617微秒；

LuaJIT对于热点代码能极大提高运行效率，因为这些热点代码被执行后，会被以机器码的形式保存，后续的多次调用不需要再走转换流程，直接执行机器码，性能提高许多。

JIT结合了静态编译和动态解析的好处，在执行动态语言时，会将翻译过的代码以机器码缓存起来，后续的使用就不需要再次翻译，更多参考JIT知识：https://en.wikipedia.org/wiki/Just-in-time_compilation

如果要使用LuaJIT，源码下载地址：http://luajit.org/download.html，我上面测试使用的是LuaJIT-2.0.4；使用方式跟非JIT Lua方式一致，使用JIT的ELF文件比非JIT的大200KB。

3、使用C++语言写Lua扩展模块

以下内容可能会比较碎，解决问题的方法不是不唯一的。

Lua调用C++函数，或者C++函数调用Lua，最重要的技术点就是两种语言的‘沟通’，Lua的C++语言跟Lua语言数据交互是通过一个叫做Lua 状态机（lua_State）的东西来做的，可以把它看作一个‘栈’。

我在练习写扩展模块的时候，基本按照这样的层次来写：实现层、包装层、注册层。这对业务功能做了划分，也对脚本语言层面的扩展做了划分，后续有新业务功能开发，或者新脚本语言扩展，已经有的业务功能实现不需要改动。

在用C++为Lua写扩展时，有两种使用方式，一种是提供一个so，Lua程序去require后使用，另一种是我写的扩展类型可以跟Lua的内置类型一样使用。我做了第二种实现的demo，如果要修改为使用so导出，只要增加一个生成so的makefile就可以。

C++写扩展的demo代码见github：自定义C++类加入Lua，注：这个例子是将Lua解释器嵌入到应用程序中，由我的应用程序去执行Lua脚本代码。

至少有两种方式可以将自定义函数/类型加入到全局表中，

方式1：

//把lib->func执行的结果作为lib->name的value保存到package.loaded 中      
luaL_requiref(L, lib->name, lib->func, 1); 
//清空状态机L
lua_settop(L, 0);

方式2：

lib->func(L);//执行注册，L栈顶是注册了函数的table             
lua_setglobal(L, lib->name);  //把栈顶的table作为value，以lib->name 作为key保存到全局表中。

详细代码见这里。

在编写Lua扩展时，如果有需要在扩展模块中保存数据状态，可以使用1、全局数据状态，关键字：LUA_REGISTRYINDEX；2、模块环境，关键字：LUA_ENVIRONINDEX；3、闭包函数，关键字：lua_pushcclosure；学习资料：http://www.cnblogs.com/stephen-liu74/archive/2012/07/25/2470025.html

4、借助swig框架实现Lua扩展模块

swig：http://nchc.dl.sourceforge.net/project/swig/swig/swig-3.0.7/swig-3.0.7.tar.gz，下载之后配置--prefix，做编译安装即可。

文档：http://www.swig.org/Doc2.0/Lua.html

以下为demo，由两部分组成：我们的实现代码；xxx.i文件，用于给swig生成框架。

my_module.i (生成wrapper文档命令行：swig -c++ -lua my_module.i)

%module my_module 
%include "std_string.i" 
%{
#include "my_module.h"
%}
%include "my_module.h"

注意到上面的std_string.i，必须有它才能导出std::string类型，更多的其它类型在这里swig的github。

my_module.h

/**
 * @file my_module.h
 * @author cswuyg
 * @date 2015/12/20 18:05:05
 * @brief 我的测试模块
 *  
 **/
#ifndef  __MY_MODULE_H_
#define  __MY_MODULE_H_

#include <string>

int add(int a, int b);

class Hello {
public:
    std::string get_info();
    bool set_test(Hello* p);
    Hello* get_test();
private:
    Hello* _test_p;
};


#endif  //__MY_MODULE_H_

/* vim: set expandtab ts=4 sw=4 sts=4 tw=100: */

test.lua

a = my_module.Hello()
b = my_module.Hello()
a:set_test(b);
c = a:get_test();
print(c:get_info());

print(my_module.add(1, 2))

完整代码见github：利用swig做封装。注：这个例子是将Lua解释器嵌入到应用程序中，由我的应用程序去执行Lua脚本代码。

使用swig框架可以让开发者把精力放在业务层面，省力不少，除了swig，还有Luabind、LuaPlus...等一堆框架/工具。我选择swig做，是因为swig也支持Python、JavaScript...

三、Lua练手

1、遍历成语词典，获取某个字开头的成语，用到了MongoDB第三方lua驱动，它的代码很简短，文章最后有介绍。

--[[
生成某个字开头的所有成语
cswuyg