自己動手實現(xiàn)Lua：虛擬機、編譯器和標準庫
定 價：89 元
叢書名：自己動手系列
- 作者：張秀宏 著
- 出版時間：2018/10/1
- ISBN：9787111610229
- 出 版 社：機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TP317.6
- 頁碼：412
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開本：16開
本書是一本面向Lua程序員和腳本語言愛好者的語言自制指南和實戰(zhàn)寶典。作者融合自己豐富的工程實踐經(jīng)驗，詳細闡述Lua語言的核心語法和實現(xiàn)原理，深入探討Lua虛擬機、編譯器和標準庫，并給出了實際可以編譯執(zhí)行的代碼。助你從零基礎開始編程實現(xiàn)Lua語言，徹底理解腳本語言工作原理。全書分為3個部分，共21章。部分主要討論LuaAPI和虛擬機實現(xiàn)，包括二進制chunk格式、Lua虛擬機指令集、元編程、錯誤處理等。第二部分主要討論Lua語法和編譯器實現(xiàn)，包括詞法分析、語法分析、代碼優(yōu)化、代碼生成等。第三部分主要討論Lua輔助API和標準庫實現(xiàn)，包括基礎庫、實用工具庫、包和模塊、協(xié)程等。
適讀人群 ：主要面對三類人群：?對腳本語言實現(xiàn)原理感興趣?對編譯原理和虛擬機感興趣?對Lua語言感興趣，想探究其內部實行
（1）作者是的服務器開發(fā)工程師和架構師，精通Java、GO和Lua等語言，對高級語言的虛擬機有深入研究，《自己動手寫Java虛擬機》作者。
（2）本書3大內容特色：零基礎自制編程語言、徹底掌握Lua語言實現(xiàn)原理和工作機制、提升Go和Java語言編程能力。
（3）本書得到了七牛云創(chuàng)始人兼CEO等大佬的高度評價和推薦。
為什么編寫本書
Lua是一門強大、高效、輕量、可嵌入的腳本語言。Lua語言設計十分精巧，在一個很小的內核上可以支持函數(shù)式編程、面向對象編程、元編程等多種編程范式。以本書完稿時的最新版本Lua 5.3.4為例，全部代碼（包括Lua虛擬機、編譯器、標準庫等）僅有2萬多行，這其中還包括注釋和空行。
Lua語言大約于1993年誕生于巴西PUC-Rio大學，之后在游戲領域大放異彩，被很多游戲客戶端選為腳本語言，比如知名游戲《魔獸世界》《模擬城市4》《憤怒的小鳥》等。很多流行的游戲引擎也選擇Lua作為腳本語言，比如CryENGINE2、Cocos2d-x及Corona SDK等。另外，也有很多游戲服務端采用C/C++搭配Lua的開發(fā)模式。除了游戲領域，Lua語言在其他地方也有很多應用，例如被廣泛使用的NoSQL數(shù)據(jù)庫Redis就使用Lua作為腳本語言擴展其能力。
相信自己動手設計并實現(xiàn)一門編程語言是每個程序員都會有的一個夢想，目前國內也已經(jīng)出版或引進了一些指導讀者自己實現(xiàn)編程語言的書籍。不過這些書籍要么只介紹了語言實現(xiàn)環(huán)節(jié)中的一小部分，無法縱觀全局；要么只討論某種大幅裁減后的簡化語言，離真正的工業(yè)語言還有一定距離。例如，我自己的《自己動手寫Java虛擬機》，只討論了Java虛擬機實現(xiàn)，沒有涉及Java編譯器和Java標準庫。
如上所述，之所以選擇Lua語言，就是因為它足夠小巧，并且有很好的流行度。麻雀雖小，五臟俱全，這使得我們可以在一本書的篇幅范圍內覆蓋虛擬機、編譯器、標準庫這三個方面的內容。希望讀者可以通過本書完整體驗一門編程語言的實現(xiàn)過程，為將來打造屬于自己的語言做好準備。這正是本書的與眾不同之處。
本書主要內容
本書主要內容可以分為四個部分：第一部分（第1章）為準備工作；第二部分（第2～ 13章）主要討論Lua虛擬機和Lua API；第三部分（第14～17章）主要討論Lua語法和編譯器，第四部分（第18～21章）主要討論Lua標準庫。
全書共21章，各章內容安排如下：
第一部分（準備）
第1章：準備工作。
準備編程環(huán)境，編寫“Hello，World！”程序。
第二部分（Lua虛擬機和Lua API）
第2章：二進制chunk。
介紹Lua二進制chuck文件格式，編寫代碼解析二進制chunk文件。
第3章：指令集
介紹Lua虛擬機指令集和指令編碼格式，編寫代碼對指令進行解碼。
第4章：Lua API
初步介紹Lua API和Lua State，實現(xiàn)棧相關API方法。
第5章：Lua運算符
介紹Lua語言運算符，給Lua API添加運算符相關方法。
第6章：虛擬機雛形
初步實現(xiàn)Lua虛擬機，可以解釋執(zhí)行大約一半的Lua虛擬機指令。
第7章：表
介紹并實現(xiàn)Lua表、表相關API方法，以及表相關指令。
第8章：函數(shù)調用
介紹并實現(xiàn)Lua函數(shù)調用。
第9章：Go函數(shù)調用
介紹如何在Lua中調用Go語言函數(shù)。
第10章：閉包和Upvalue
介紹并實現(xiàn)閉包和Upvalue，以及Upvalue相關指令。
第11章：元編程
介紹并實現(xiàn)Lua元表、元方法及元編程。
第12章：迭代器
介紹并實現(xiàn)Lua迭代器。
第13章：異常和錯誤處理
介紹Lua異常和錯誤處理機制。
第三部分（Lua語法和編譯器）
第14章：詞法分析
介紹Lua語言詞法規(guī)則，實現(xiàn)詞法分析器。
第15章：抽象語法樹
初步介紹Lua語言語法規(guī)則，定義抽象語法樹。
第16章：語法分析
進一步介紹Lua語言語法規(guī)則，編寫語法分析器。
第17章：代碼生成
編寫代碼生成器。
第四部分（Lua標準庫）
第18章：輔助API和基礎庫
介紹Lua輔助API和標準庫，實現(xiàn)基礎庫。
第19章：工具庫
介紹并實現(xiàn)數(shù)學、表、字符串、UTF-8、OS等標準庫。
第20章：包和模塊
介紹Lua包和模塊機制，實現(xiàn)package標準庫。
第21章：協(xié)程
介紹Lua協(xié)程，實現(xiàn)coroutine標準庫。
本書面向的讀者
本書假定讀者已經(jīng)了解Go語言和Lua語言，所以不會對這兩種語言的語法進行專門介紹。本書使用Go語言實現(xiàn)Lua解釋器，但并沒有用到特別高深的技術，加之Go語言語法比較簡單，相信有C系列語言（比如C、C++、C#、Java等）基礎的程序員都可以輕松讀懂書中的代碼。此外，如果讀者更加熟悉Java語言，本書也提供了Java版實現(xiàn)代碼。簡而言之，本書主要面向以下三類讀者：
對腳本語言實現(xiàn)原理感興趣的讀者。
對編譯原理和高級語言虛擬機感興趣的讀者。
對Lua語言感興趣，想探究其內部實現(xiàn)的讀者。
如何閱讀本書
本書內容主要圍繞代碼對Lua虛擬機、編譯器和標準庫展開討論。本書代碼經(jīng)過精心安排，除第1章外，每一章都建立在前一章的基礎之上，但每一章又都可以單獨編譯和運行。建議讀者從第1章開始，按順序閱讀本書并學習每一章的代碼。但也可以直接跳到感興趣的章節(jié)進行閱讀，必要時再閱讀其他章節(jié)。
參考資料
相比C/C++、Java、Python等主流語言，Lua算是較為小眾的語言，因此能夠找到的介紹其內部實現(xiàn)原理和細節(jié)的資料并不多，這也是本書寫作的動機之一。除了Lua官方實現(xiàn)的源代碼，本書在寫作過程中主要參考了下面這些資料：
《Programming in Lua, Fourth Edition》
《Lua 5.3 Reference Manual》
《The Evolution of Lua》
《The Implementation of Lua 5.0》
《A No-Frills Introduction to Lua 5.1 VM Instructions》
《Lua 5.3 Bytecode Referenc
張秀宏
服務器開發(fā)工程師，有多年的Java和游戲服務器開發(fā)和架構經(jīng)驗，對高級語言虛擬機有非常深入的研究。曾在EA、樂元素等游戲公司擔任高級服務器工程師，現(xiàn)任某創(chuàng)業(yè)公司架構師。
曾于2016年6月出版《自己動手寫Java虛擬機》一書，廣受讀者好評，并多次重印。《自己動手實現(xiàn)Lua：虛擬機、編譯器、標準庫》是他時隔兩年之后推出的又一力作。
前言
第一部分 準備
第1章 準備工作 3
1.1 準備開發(fā)環(huán)境 3
1.1.1 操作系統(tǒng) 3
1.1.2 安裝Lua 4
1.1.3 安裝Go 4
1.2 準備目錄結構 4
1.3 本章小結 6
第二部分 Lua虛擬機和Lua API
第2章 二進制chunk 9
2.1 什么是二進制chunk 10
2.2 luac命令介紹 11
2.2.1 編譯Lua源文件 11
2.2.2 查看二進制chunk 13
2.3 二進制chunk格式 15
2.3.1 數(shù)據(jù)類型 16
2.3.2 總體結構 17
2.3.3 頭部 18
2.3.4 函數(shù)原型 22
2.4 解析二進制chunk 27
2.4.1 讀取基本數(shù)據(jù)類型 28
2.4.2 檢查頭部 29
2.4.3 讀取函數(shù)原型 30
2.5 測試本章代碼 33
2.6 本章小結 36
第3章 指令集 37
3.1 指令集介紹 37
3.2 指令編碼格式 38
3.2.1 編碼模式 38
3.2.2 操作碼 39
3.2.3 操作數(shù) 40
3.2.4 指令表 41
3.3 指令解碼 42
3.4 測試本章代碼 44
3.5 本章小結 47
第4章 Lua API 49
4.1 Lua API介紹 49
4.2 Lua棧 51
4.2.1 Lua數(shù)據(jù)類型和值 51
4.2.2 棧索引 54
4.2.3 定義luaStack結構體 54
4.3 Lua State 57
4.3.1 定義LuaState接口 57
4.3.2 定義luaState結構體 58
4.3.3 基礎棧操縱方法 59
4.3.4 Push方法 64
4.3.5 Access方法 65
4.4 測試本章代碼 69
4.5 本章小結 70
第5章 Lua運算符 71
5.1 Lua運算符介紹 71
5.2 自動類型轉換 75
5.3 擴展LuaState接口 79
5.3.1 Arith()方法 80
5.3.2 Compare()方法 83
5.3.3 Len()方法 85
5.3.4 Concat()方法 86
5.4 測試本章代碼 87
5.5 本章小結 88
第6章 虛擬機雛形 89
6.1 添加LuaVM接口 89
6.1.1 定義LuaVM接口 91
6.1.2 改造luaState結構體 92
6.1.3 實現(xiàn)LuaVM接口 93
6.2 實現(xiàn)Lua虛擬機指令 94
6.2.1 移動和跳轉指令 94
6.2.2 加載指令 96
6.2.3 算術運算指令 101
6.2.4 長度和拼接指令 103
6.2.5 比較指令 106
6.2.6 邏輯運算指令 107
6.2.7 for循環(huán)指令 110
6.3 指令分派 113
6.4 測試本章代碼 115
6.5 本章小結 118
第7章 表 119
7.1 表介紹 119
7.2 表內部實現(xiàn) 121
7.3 表相關API 125
7.3.1 Get方法 126
7.3.2 Set方法 129
7.4 表相關指令 131
7.4.1 NEWTABLE 131
7.4.2 GETTABLE 133
7.4.3 SETTABLE 135
7.4.4 SETLIST 136
7.5 測試本章代碼 138
7.6 本章小結 140
第8章 函數(shù)調用 141
8.1 函數(shù)調用介紹 141
8.2 函數(shù)調用棧 143
8.2.1 調用幀實現(xiàn) 144
8.2.2 調用棧實現(xiàn) 145
8.3 函數(shù)調用API 147
8.3.1 Load() 148
8.3.2 Call() 149
8.4 函數(shù)調用指令 152
8.4.1 CLOSURE 152
8.4.2 CALL 153
8.4.3 RETURN 157
8.4.4 VARARG 158
8.4.5 TAILCALL 159
8.4.6 SELF 160
8.4.7 擴展LuaVM接口 162
8.4.8 改進SETLIST指令 163
8.5 測試本章代碼 164
8.6 本章小結 166
第9章 Go函數(shù)調用 167
9.1 Go函數(shù)登場 167
9.1.1 添加Go函數(shù)類型 168
9.1.2 擴展Lua API 169
9.1.3 調用Go函數(shù) 170
9.2 Lua注冊表 172
9.2.1 添加注冊表 172
9.2.2 操作注冊表 173
9.3 全局環(huán)境 175
9.3.1 使用API操作全局環(huán)境 175
9.3.2 在Lua里訪問全局環(huán)境 178
9.4 測試本章代碼 179
9.5 本章小結 181
第10章 閉包和Upvalue 183
10.1 閉包和Upvalue介紹 183
10.1.1 背景知識 183
10.1.2 Upvalue介紹 185
10.1.3 全局變量 187
10.2 Upvalue底層支持 189
10.2.1 修改closure結構體 189
10.2.2 Lua閉包支持 191
10.2.3 Go閉包支持 192
10.3 Upvalue相關指令 195
10.3.1 GETUPVAL 195
10.3.2 SETUPVAL 196
10.3.3 GETTABUP 197
10.3.4 SETTABUP 199
10.3.5 JMP 200
10.4 測試本章代碼 202
10.5 本章小結 203
第11章 元編程 205
11.1 元表和元方法介紹 205
11.1.1 元表 206
11.1.2 元方法 206
11.2 支持元表 207
11.3 調用元方法 208
11.3.1 算術元方法 209
11.3.2 長度元方法 211
11.3.3 拼接元方法 211
11.3.4 比較元方法 212
11.3.5 索引元方法 214
11.3.6 函數(shù)調用元方法 216
11.4 擴展Lua API 217
11.4.1 GetMetatable() 218
11.4.2 SetMetatable() 218
11.5 測試本章代碼 219
11.6 本章小結 222
第12章 迭代器 223
12.1 迭代器介紹 223
12.2 next()函數(shù) 226
12.2.1 修改luaTable結構體 227
12.2.2 擴展Lua API 228
12.2.3 實現(xiàn)next()函數(shù) 229
12.3 通用for循環(huán)指令 229
12.4 測試本章代碼 232
12.5 本章小結 234
第13章 異常和錯誤處理 235
13.1 異常和錯誤處理介紹 235
13.2 異常和錯誤處理API 237
13.2.1 Error() 238
13.2.2 PCall() 239
13.3 error()和pcall()函數(shù) 240
13.4 測試本章代碼 241
13.5 本章小結 242
第三部分 Lua語法和編譯器
第14章 詞法分析 245
14.1 編譯器介紹 245
14.2 Lua詞法介紹 247
14.3 實現(xiàn)詞法分析器 251
14.3.1 定義Token類型 252
14.3.2 空白字符 254
14.3.3 注釋 256
14.3.4 分隔符和運算符 256
14.3.5 長字符串字面量 258
14.3.6 短字符串字面量 259
14.3.7 數(shù)字字面量 262
14.3.8 標識符和關鍵字 263
14.4 LookAhead()和其他方法 264
14.5 測試本章代碼 265
14.6 本章小結 267
第15章 抽象語法樹 269
15.1 抽象語法樹介紹 269
15.2 Chunk和塊 270
15.3 語句 272
15.3.1 簡單語句 273
15.3.2 while和repeat語句 273
15.3.3 if語句 274
15.3.4 數(shù)值for循環(huán)語句 275
15.3.5 通用for循環(huán)語句 275
15.3.6 局部變量聲明語句 276
15.3.7 賦值語句 277
15.3.8 非局部函數(shù)定義語句 278
15.3.9 局部函數(shù)定義語句 279
15.4 表達式 280
15.4.1 簡單表達式 280
15.4.2 運算符表達式 281
15.4.3 表構造表達式 281
15.4.4 函數(shù)定義表達式 282
15.4.5 前綴表達式 283
15.4.6 圓括號表達式 284
15.4.7 表訪問表達式 284
15.4.8 函數(shù)調用表達式 285
15.5 本章小結 286
第16章 語法分析 287
16.1 語法分析介紹 287
16.1.1 歧義 288
16.1.2 前瞻和回溯 289
16.1.3 解析方式 290
16.2 解析塊 290
16.3 解析語句 293
16.3.1 簡單語句 294
16.3.2 if語句 296
16.3.3 for循環(huán)語句 297
16.3.4 局部變量聲明和函數(shù)定義語句 299
16.3.5 賦值和函數(shù)調用語句 300
16.3.6 非局部函數(shù)定義語句 302
16.4 解析表達式 303
16.4.1 運算符表達式 304
16.4.2 非運算符表達式 306
16.4.3 函數(shù)定義表達式 307
16.4.4 表構造表達式 308
16.4.5 前綴表達式 310
16.4.6 圓括號表達式 311
16.4.7 函數(shù)調用表達式 312
16.4.8 表達式優(yōu)化 313
16.5 測試本章代碼 315
16.6 本章小結 316
第17章 代碼生成 317
17.1 定義funcInfo結構體 317
17.1.1 常量表 318
17.1.2 寄存器分配 319
17.1.3 局部變量表 320
17.1.4 Break表 323
17.1.5 Upvalue表 324
17.1.6 字節(jié)碼 325
17.1.7 其他信息 327
17.2 編譯塊 327
17.3 編譯語句 329
17.3.1 簡單語句 330
17.3.2 while和repeat語句 331
17.3.3 if語句 333
17.3.4 for循環(huán)語句 334
17.3.5 局部變量聲明語句 335
17.3.6 賦值語句 337
17.4 編譯表達式 339
17.4.1 函數(shù)定義表達式 340
17.4.2 表構造表達式 341
17.4.3 運算符表達式 343
17.4.4 名字和表訪問表達式 345
17.4.5 函數(shù)調用表達式 346
17.5 生成函數(shù)原型 347
17.6 使用編譯器 349
17.7 測試本章代碼 350
17.8 本章小結 350
第四部分 Lua標準庫
第18章 輔助API和基礎庫 353
18.1 Lua標準庫介紹 353
18.2 輔助API 355
18.2.1 增強版方法 357
18.2.2 加載方法 358
18.2.3 參數(shù)檢查方法 359
18.2.4 標準庫開啟方法 360
18.3 基礎庫 361
18.3.1 基礎庫介紹 362
18.3.2 基礎庫實現(xiàn) 362
18.4 測試本章代碼 365
18.5 本章小結 366
第19章 工具庫 367
19.1 數(shù)學庫 367
19.2 表庫 369
19.3 字符串庫 372
19.4 UTF-8庫 374
19.5 OS庫 376
19.6 本章小結 379
第20章 包和模塊 381
20.1 包和模塊介紹 381
20.2 實現(xiàn)包庫 386
20.3 測試本章代碼 391
20.4 本章小結 392
第21章 協(xié)程 393
21.1 協(xié)程介紹 393
21.2 協(xié)程API 396
21.2.1 支持線程類型 396
21.2.2 支持協(xié)程操作 398
21.3 實現(xiàn)協(xié)程庫 400
21.4 測試本章代碼 403
21.5 本章小結 404
附錄A Lua虛擬機指令集 405
附錄B Lua語法EBNF描述 407
后記 409
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