理解 Lua 的那些坑爹特性
按:最近看到了依云的文章,一方面,為L(zhǎng)ua被人誤解而感到十分難過,另一方面,也為我的好友,依云沒有能夠體會(huì)到Lua的絕妙和優(yōu)雅之處而感到很遺憾,因此我寫了這篇文章,逐條款地說明了依云理解中出現(xiàn)的一些問題。希望能夠幫助到大家!
1. 協(xié)程只能在Lua代碼中使用
是的,協(xié)程在當(dāng)你需要掛起一個(gè)C函數(shù)的時(shí)候無法使用。但是,在提出這個(gè)缺陷的時(shí)
候,是不是應(yīng)該想一想:為什么Lua會(huì)有這個(gè)缺陷?
原因很簡(jiǎn)單:這一點(diǎn)完全避不開,這是C的問題,C無法保存函數(shù)執(zhí)行的某個(gè)現(xiàn)場(chǎng)用于
返回這個(gè)現(xiàn)場(chǎng)繼續(xù)執(zhí)行,因此完全沒有辦法在Lua的協(xié)程被喚醒的時(shí)候,回到這個(gè)現(xiàn)場(chǎng)。
那么怎么辦呢?Lua5.2做出了很優(yōu)秀的設(shè)計(jì)。既然無法回到C的現(xiàn)場(chǎng),那么我們不回
去了,而是采取“事件通知”的方式告訴你,“hey哥們,你前面的邏輯被切了,想辦法
補(bǔ)救吧”,這就是所謂的CPS——繼續(xù)風(fēng)格的編程。繼續(xù)在這里是一個(gè)Scheme/Lisp術(shù)
語,意思是“當(dāng)前的操作執(zhí)行完了以后,下面該做什么?”這種風(fēng)格是Lua能支持任意
Yield 的必要條件。在C的限制下,只有這一種方法能突破這個(gè)限制。
至于你說的“比異步回調(diào)更復(fù)雜”,我想你弄混了兩點(diǎn):1.這只是C API層面的修改
,完全不影響到Lua代碼層面,你的Lua代碼完全不必做出任何修改,而且,你對(duì)
coroutine的用法完全錯(cuò)了!等會(huì)兒我會(huì)教你coroutine到底怎么用。2.上面提到了,
這是唯一一種能支持coroutine的方式,既然是唯一一種,就無所謂復(fù)雜與否了。3.
我下面會(huì)演示給你,為什么說coroutine完全解放了程序員,使用coroutine的代碼會(huì)帶來
革命性的簡(jiǎn)化。
我們分兩步來說明這個(gè)問題:第一步,我們先來看你的例子:你想做的事情是,在執(zhí)
行 c.callback的時(shí)候,能夠yield出來,繼續(xù)其他的流程。這里必須要說明,你的API設(shè)
計(jì)本身就是callback式的,因此這種API本身就犯不著coroutine,Lua本身能完全地處理
。這里我會(huì)給出一個(gè)支持coroutine的C模塊設(shè)計(jì),讓這個(gè)模塊能支持coroutine,第二步
,我會(huì)告訴你coroutine實(shí)際上是用在什么方面的,是如何取代事件回調(diào)機(jī)制的。在完成
這個(gè)說明后,我們來說明coroutine到底有什么好處,為什么說coroutine比事件回調(diào)機(jī)制
有著 革命性的優(yōu)秀之處。
你的例子是這樣的:
先說一下,將模塊放到全局變量里通常不是一個(gè)好主意。所以第一行如果寫成
就更好了。
其他的地方倒是沒什么需要修改的了。
再看看你的C模塊代碼:
首先,因?yàn)檫@是Lua的C模塊,所以你得聲明這的確是一個(gè)C模塊,應(yīng)該在
#include <lua.h>
之前加入這一行:
#define LUA_LIB
編譯的時(shí)候就可以用下面的命令行了:
gcc -mdll -DLUA_BUILD_AS_DLL c.c -oc.dll
然后,Lua5.2已經(jīng)沒有l(wèi)uaL_register函數(shù)了,因?yàn)長(zhǎng)ua不鼓勵(lì)將模塊設(shè)置到全局域,
而luaL_register會(huì)做這件事。所以將這行改為:
luaL_newlib(L, c);
最后一點(diǎn)不是問題,只是一個(gè)小建議:Lua只是會(huì)用luaL_Reg里的內(nèi)容,但是卻不會(huì)
保留里面的任何內(nèi)容,所以你可以直接將其放在luaopen_c里面,并去掉static,這樣可
以節(jié)省一點(diǎn)內(nèi)存。
我們來看看一個(gè)支持coroutine的C模塊應(yīng)該怎么寫:
現(xiàn)在,你的例子可以完美運(yùn)行了:
我們看到,讓C模塊支持yield是非常簡(jiǎn)單的:首先,你需要將lua_call/lua_pcall改
成對(duì)應(yīng)的k版本,將函數(shù)其后的所有內(nèi)容剪切到對(duì)應(yīng)的cont函數(shù)里去,然后將原先的內(nèi)容
改為return func_cont(L);即可。
為什么要這么設(shè)計(jì)API?上面說了,這是為了解決C自身的問題,如是而已。
現(xiàn)在我們來討論第二個(gè)問題:Lua的coroutine用在什么地方呢?
假設(shè)我們要書寫游戲的登陸邏輯,我們需要干這樣的事情:
1. 登陸游戲
2. 獲取玩家角色數(shù)據(jù)
3. 讓玩家移動(dòng)到上次退出前的坐標(biāo)
如果是事件回調(diào)引擎,你會(huì)怎么設(shè)計(jì)API呢?可能是這樣的:
看到了么?因?yàn)榈顷懶枰却W(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求,而等待的時(shí)候你不能把事件循環(huán)給阻塞了,
所以你不得不用回調(diào)機(jī)制,但是,一旦你一次要做幾件事情,回調(diào)立即就會(huì)讓你的代碼狼
狽不堪。這還只是簡(jiǎn)單的順序代碼。如果是判斷或者是循環(huán)呢?我告訴你,上面的代碼是
一個(gè)真實(shí)的例子,是我以前設(shè)計(jì)的手機(jī)網(wǎng)游里面關(guān)于登陸部分的實(shí)際例子,而另一個(gè)例子
是在客戶端批量購(gòu)買N個(gè)道具!可以想象這會(huì)是一個(gè)很復(fù)雜的遞歸代碼了,而實(shí)際上你僅
僅是想做for在做的事情而已!
那么怎么辦呢?coroutine提供了解決這個(gè)問題的一個(gè)極端優(yōu)雅的辦法。我們想想最
優(yōu)雅的設(shè)計(jì)會(huì)是什么樣子的:
是不是簡(jiǎn)單多了?慢著!看起來login等函數(shù)是阻塞的,這樣的阻塞難道不會(huì)阻塞事
件循環(huán),導(dǎo)致界面僵死么?好!現(xiàn)在coroutine上場(chǎng)了!看看我們是如何實(shí)現(xiàn)login的!
看到了嗎?login先用正常的方式調(diào)用了基于回調(diào)的callback_login,然后設(shè)置當(dāng)前
在等待的coroutine為自身,最后yield掉自己。在回調(diào)執(zhí)行的時(shí)候,回調(diào)會(huì)resume那個(gè)上
次被yield掉的coroutine,這樣就完美的支持了阻塞的語法并且還能夠滿足事件循環(huán)的約
束!能夠重新整理程序的執(zhí)行流程,這就是coroutine的強(qiáng)大之處。最奇妙的是,在
這個(gè)設(shè)計(jì)之中,回調(diào)中唯一會(huì)做的事情只有resume,而不是yield,這意味著**即使不修
改一行代碼,現(xiàn)有的模型也可以完美支持這個(gè)模式**!
可以看出將回調(diào)模式的函數(shù)改造成協(xié)程模式的函數(shù)是很簡(jiǎn)單的,我們甚至可以寫一個(gè)
高階函數(shù)來做這件事:
這樣,上面的login函數(shù)就很簡(jiǎn)單了:
server.login = coroutinize(server.login)
看到Lua在表達(dá)復(fù)雜邏輯時(shí)的巨大優(yōu)勢(shì)了嗎?coroutine機(jī)制同樣也是可以支持函數(shù)重
入的:如果一個(gè)函數(shù)被調(diào)用多次,那么對(duì)應(yīng)被調(diào)用的回調(diào)調(diào)用時(shí),對(duì)應(yīng)的那個(gè)coroutine
會(huì)被resume。至于如何實(shí)現(xiàn),就交給讀者作為練習(xí)了。提示:Programming in Lua這本書
已經(jīng)說明了該如何去做。
我們總結(jié)一下:
1. coroutine無法穿越C邊界是C語言的固有缺陷,Lua無法在保持其代碼是Clean
C的前提下完成這個(gè)impossible的任務(wù)。
2. 那么,要支持這個(gè)特性,就只有要求C模塊的編寫者能采用CPS的方式編程了
。當(dāng)然Lua的代碼可以完全不做任何修改。
3. 而,coroutine很少需要在C函數(shù)內(nèi)部yield(可能有實(shí)際場(chǎng)景會(huì)需要,但事實(shí)
是在我所書寫的上萬行的Lua富coroutine的代碼中,完全沒有用到過這種策
略)。
4. 如果你能深入了解coroutine,你會(huì)發(fā)現(xiàn)即使coroutine無法在C內(nèi)部yield,
coroutine依然可以展現(xiàn)其絕大多數(shù)的威力。
5. Lua本身的設(shè)計(jì)可以讓Lua在表現(xiàn)極端復(fù)雜的邏輯關(guān)系時(shí)游刃有余。
2. 幽靈一般的 nil
我不否認(rèn),在我剛剛學(xué)習(xí)Lua的時(shí)候,我的確被nil坑過很多遍。我們先拋棄掉luaJIT
關(guān)于NULL設(shè)計(jì)的問題(這個(gè)設(shè)計(jì)本身也是一種無奈,而且LuaJIT畢竟并不能完全繼承Lua
作者對(duì)Lua的理念),先來看看nil究竟是什么——從nil中,我學(xué)習(xí)到了,在遇到坑爹特
性之前,先不要急著抱怨,想想為什么作者會(huì)設(shè)計(jì)這么坑爹的特性。要么作者是比你低能
的傻逼,要么這么設(shè)計(jì)就的確是有充分的考慮和不得已的苦衷的。這點(diǎn)你想到過嗎?
nil是一個(gè)表示“沒有”的值。是的,就是真的“沒有”,因此nil本身就是一個(gè)幽靈
——它除了表示“這里沒有東西”以外,沒有其他的任何含義!它不是None(None是一個(gè)
表示“空”的對(duì)象),它也不是NULL(NULL表示沒指向任何地方的指針——總所周知指針
本身必定是有值的,哪怕那個(gè)值是NULL)。Lua的作者十分聰明的將“沒有”這個(gè)概念也
引入了語言,并且還保持了語言的一致性:請(qǐng)問,將“沒有”存入一個(gè)表里面,它如果不
消失,還能發(fā)生什么事呢?
那么如何表示“空”或者“沒有指向任何地方的引用”呢??jī)蓚€(gè)辦法,你可以存入
false,或者可以用下面這個(gè)巧妙的方法:
看!Lua可以靈活的控制一個(gè)變量的實(shí)際作用域!讓一個(gè)變量真正的憑空消失掉!這
一點(diǎn)即使是C或者C++都是做不到的(變量只有在作用域外才會(huì)消失),這也是Lua強(qiáng)大的
靈活性的一個(gè)佐證。
千萬不要弄錯(cuò)了,nil代表“沒有”,它不代表“空”,也不代表“沒有被初始化的
值”,它只是沒有而已。因此它就應(yīng)該是幽靈般的。這是Lua的語言設(shè)計(jì)一致性帶來的優(yōu)
勢(shì),而不是坑爹的特性。如果說學(xué)不會(huì)的特性就是坑爹的特性,那么是不是C語言的指針
也是坑爹的特性呢?
其次,各種庫定義的null值,本質(zhì)上是代表微妙但不同的東西。仔細(xì)地體會(huì)其中的不
同,能讓你更得心應(yīng)手的使用那些庫。如果你在這些庫的互操作上感到困擾,請(qǐng)給庫的作
者寫郵件抱怨:Lua有一個(gè)很熱情友好的社區(qū)!
3. 沒有continue
是的,Lua一直不肯加入continue。為什么呢?因?yàn)閞epeat until。而為什么強(qiáng)調(diào)“
不添加不必要的特性”的Lua作者會(huì)舍棄掉“那么常見”的continue,卻保留不那么常見
的repeat呢?是Lua的作者傻么?
不是。這是經(jīng)過仔細(xì)設(shè)計(jì)的。我先告訴你答案,再仔細(xì)地分析:事實(shí)上,在加入
repeat以后,continue是邏輯上不可能實(shí)現(xiàn)的,而repeat語句實(shí)現(xiàn)了一個(gè)用其他的特性完
全無法取代的特性。
注意看repeat的結(jié)構(gòu):
repeat <block> until <exp>
問題就在<exp>上了。Lua規(guī)定,<exp>是在<block>的作用域下計(jì)算的!這也就意味著
:
會(huì)是一個(gè)死循環(huán)!看到了么?這種“表達(dá)式在一個(gè)block內(nèi)的上下文計(jì)算”的循環(huán)特
性,是無法被其他任何特性模擬的!這種特性導(dǎo)致Lua作者為了語言的完整性,不得不將
repeat語句添加入Lua語言。
那么continue呢?花開兩朵,各表一枝,我們先介紹一下Lua5.2的新特性:goto語句
。lua5.2支持跳轉(zhuǎn)語句了!看看你之前的那個(gè)例子吧,在沒有continue的情況下,我改如
何寫那個(gè)循環(huán)呢?答案是這樣:
看上去有點(diǎn)小題大做,連goto都用上了!呵呵,其實(shí)還有一個(gè)細(xì)節(jié)你不知道哦,在
Lua5.2里,甚至連break都沒有了!break語句只是goto break的一個(gè)語法糖而已。而
break標(biāo)簽會(huì)被自動(dòng)插入到你的源代碼中。
那么,你可能會(huì)問了,事已至此,為什么不也加個(gè)continue的語法糖呢?畢竟break
都是語法糖了!好,我們?cè)囍趓epeat里面用一下我們手寫的“continue”:
這個(gè)例子造的有點(diǎn)刻意了,但是至少也有continue的意思了吧!好,現(xiàn)在執(zhí)行一下—
—出錯(cuò)了……
這是怎么回事??
我們知道,在C里面,goto可以跳入任何地方,包括跳過變量的初始化,這會(huì)導(dǎo)致一
個(gè)變量可能在用的時(shí)候,是未初始化的。Lua為了避免這樣的錯(cuò)誤,要求goto不允許跳入
一個(gè)變量的作用域內(nèi)部!而看看我們的代碼,goto跳入了變量j的內(nèi)部!
在這種情況下,是根本沒有辦法continue的!
這就是Lua作者不提供continue的真實(shí)意思。continue是根本不可能實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)閺?/div>
完整性考慮,必須提供支持作用域擴(kuò)展的repeat語句(記得C/C++對(duì)for的三個(gè)子語句中的
作用域規(guī)定么?),而continue可能會(huì)在repeat的條件表達(dá)式中用到的變量還沒有初始化
的時(shí)候,就開始條件表達(dá)式的計(jì)算!這是不允許的!
現(xiàn)在我們知道了:
1. 不是Lua作者故意不提供continue,而是continue和當(dāng)前的一個(gè)關(guān)鍵特性沖突
了,導(dǎo)致continue語句完全無法實(shí)現(xiàn)。
2. 為了彌補(bǔ)這個(gè)問題,Lua作者為L(zhǎng)ua加入了goto語句。然而該有的限制仍然存
在,但是編譯器會(huì)為你檢查這個(gè)限制!
3. 所以,現(xiàn)在在Lua里的大多數(shù)情況下,你仍然能使用你自己手工打造的
continue,而且功能更為強(qiáng)大(labeled break,labeled continue都是可以
模擬出來的)。
關(guān)于goto語言可能的壞處以及作者的考慮,請(qǐng)參考Lua作者的novelties-5.2.pdf文件。
對(duì)了,還要說一句:有讀者可能為問:既然Lua已經(jīng)把break做成語法糖了,為什么不
把continue也做成語法糖呢?如果遇到不合法的情況,直接出錯(cuò)不行么?
這個(gè)問題我也沒想明白。也許會(huì)有自己的原因吧,不過如果把這個(gè)想法當(dāng)作Lua的坑
爹設(shè)計(jì)也未嘗不可以,不過其“坑爹指數(shù)”已經(jīng)大為降低了。
4. 錯(cuò)誤信息的表達(dá)
我只想說一句話:其實(shí)大多數(shù)在預(yù)見到會(huì)對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行處理的場(chǎng)合里面,錯(cuò)誤的返回方
式其實(shí)并不是nil, errmsg,而是nil, errmsg, errno。別的你懂了。
5. 下標(biāo)
參看 novelties-5.2.pdf,說的非常明白了。
6. 提前返回
這是一個(gè)語法問題,事實(shí)上return語句不跟著end的話,那么編譯器就根本無法編譯
return語句了。這是Lua“行無關(guān)語法”的一個(gè)必然折衷,我開始也不爽,但事實(shí)是,在
我數(shù)萬行的Lua開發(fā)中,除了測(cè)試必要要注釋一部分代碼以外,我根本沒用過do return
end這種表達(dá)——至于為什么,你實(shí)際開發(fā)一下就知道了:因?yàn)檫@種代碼一定會(huì)導(dǎo)致完全
無法被執(zhí)行到的死代碼。
7. 方法調(diào)用
8. 面向?qū)ο?/h4>
__gc會(huì)導(dǎo)致luaJIT的jit編譯非常難寫= =||||
9. 結(jié)論
我開始學(xué)習(xí)Lua的時(shí)候,也幾乎得到了跟你一樣的結(jié)論。然而,在長(zhǎng)達(dá)兩年的Lua開發(fā)
中,我逐漸認(rèn)識(shí)到了Lua的美,認(rèn)識(shí)到了Lua實(shí)現(xiàn)的優(yōu)雅和嚴(yán)謹(jǐn)?,F(xiàn)在如果有新手想學(xué)習(xí)C
語言開發(fā)的訣竅和技巧,我通常會(huì)建議他去拜讀Lua的C實(shí)現(xiàn)源代碼。Lua的實(shí)現(xiàn)太優(yōu)雅了
。而Lua的設(shè)計(jì)也凝聚著作者的一點(diǎn)一滴的心血。Lua精準(zhǔn)絕妙的設(shè)計(jì)是Lua強(qiáng)大的表達(dá)能
力的表現(xiàn)。繼續(xù)學(xué)習(xí)下去吧,我向你保證,你一定會(huì)發(fā)現(xiàn),Lua實(shí)際上腳本語言里面表達(dá)
能力最強(qiáng),概念最統(tǒng)一,設(shè)計(jì)最優(yōu)雅的語言了。Lua無愧腳本語言之王!
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