为什么我们需要像Lua这样的可嵌入编程语言？

Question

嵌入式编程语言的典型用例是什么？我是否正确理解，这样的语言应该被嵌入到某个程序环境中，并且应该能够从那里执行？

- Vladimir Kostyukov

---

嵌入式语言通常用于终端用户自定义。它们通常非常高级（即动态类型、垃圾回收等），比应用程序所写的语言更易于使用。有时，即使该语言从未被暴露给终端用户，也会这样做，以便内部员工（通常是像设计师这样不太技术性的人）可以在更高的抽象层次上使用高级语言实现应用程序的一部分，或者可以更改可能经常更改的组件而无需重新编译应用程序。 - Mud

@Mud 感谢您指出垃圾回收的问题！我在回答中忘记了这个非常重要的点。我会编辑它以整合这个方面。 - Lorenzo Donati support Ukraine

你可能比你想象的更熟悉这个。每天，数十亿人使用一种可嵌入的编程语言：JavaScript。它嵌入在他们的 Web 浏览器中。它在网页环境中执行，并被授予对页面的 HTML 文档对象模型和某些浏览器窗口等的访问权限。Lua 也用于编写 Wireshark 中的过滤器。 - Tom Blodget

Answer 1

由于您将问题标记为“Lua”，我将给您一个基于这种语言环境的答案。

介绍

Lua是用C编写的（几乎完全兼容C89标准；如果需要，可以使用编译时开关轻松禁用不兼容的特性），并且设计成与C代码轻松集成。在Lua的上下文中，“集成”有两个不同但相关的含义：

1. 您可以轻松编写C代码，此代码可被Lua代码用作库。通过将C代码静态或动态链接到Lua引擎的代码，实现了集成。然后，您可以使用Lua的require函数在Lua代码中引用链接的库。

2. Lua引擎可以轻松嵌入到C应用程序中，即将其链接（再次静态或动态链接）到C应用程序代码上。然后，C应用程序可以使用Lua的C应用程序编程接口（Lua C-API）与Lua代码进行交互。

注意：这也可以在C++应用程序中完成，只需稍加努力。

嵌入Lua引擎的优点

如果您的C应用程序嵌入了Lua，许多操作（如果不是大部分）都可以委托给Lua引擎，即使用C-API函数编写的代码或更好的Lua代码。Lua代码可以作为C代码中的C字符串嵌入，也可以作为外部Lua脚本存储。

使用Lua代码实现代码逻辑的一部分具有几个优点：

Lua比C更简单易学易用，而且更高级。它支持强大的抽象，如函数闭包和面向对象编程（以一种独特的方式，使用Lua表和元方法）。

Lua是一种动态语言：它不需要“离线”编译。您可以修改Lua脚本的文本，这就是您需要修改应用程序行为的全部内容（无需额外的编译+链接步骤）。这简化了应用程序开发和调试。

Lua比C更安全：编写展示未定义行为的Lua代码真的很困难，正如在C / C ++上下文中所期望的那样。如果Lua脚本失败，它会“大声”失败。此外，Lua支持异常机制（虽然与C ++具有不同的语法），可以用于实现比C更容易的错误管理。

像大多数动态语言一样，Lua是垃圾收集的。这意味着程序员不必手动管理动态内存，这是导致缺乏垃圾收集的语言中出现错误、泄漏、不稳定性和安全漏洞的主要原因。

Lua可以“吃自己的狗粮”，即您可以在运行时构建一个字符串（甚至在Lua本身中），如果它是有效的Lua代码，则您的程序可以立即执行它。即使在其他动态语言中也很少见到这种情况（尽管它不是LISP，但它更接近，并且具有更可读的语法）。这使Lua脚本能够：

- 使用强大的基于文本的元编程技术，其中Lua代码可以生成其他Lua代码并立即执行它； - 以轻松的方式实现特定领域语言（DSL）：Lua代码可以在运行时加载其他Lua代码，该代码被设计为反映其所使用的特定问题域（Lua语法简单，但足够灵活，以允许此类事情）； - 轻松用作配置语言：您的应用程序（由C和Lua混合编写）可以使用一些Lua文件作为配置文件，而无需为特定配置文件格式制作特定的解析器。因此，如果没有使用Lua文件进行此目的，则无需解析*.properties、*.csv、*.ini或任何其他格式。

Lua引擎具有非常小的内存占用（几百KB），具有强大的功能。只需很少的C代码行和一堆Lua文件，您就可以创建一个完整的应用程序，否则将需要数千行C代码。标准Lua独立解释器可以被视为将Lua嵌入C应用程序的示例！

Lua具有非常自由的开源许可证，即使在商业应用程序中也可以轻松使用。这也允许修改其源代码以适应特殊需求。

小内存占用和易于调整的C源代码使Lua成为在嵌入式系统或小型微型计算机系统（微控制器等）上移植的完美候选人。标准Lua发行版的许多部分可以被剥离，将核心Lua引擎缩小到约100kB的范围内。例如，eLua项目（现在，2023年，似乎不活跃），这是一个专为嵌入式设备设计的修改版Lua发行版。

- Lorenzo Donati support Ukraine

---

收藏答案以便稍后重新阅读 -- 为努力鼓掌！ :) - Archit

Answer 2

Lua和其他脚本语言，提供了各种不同的优点，这些优点取决于您的需求。

• 提供快速迭代开发。
• 允许运行时代码更改，例如在《魔兽世界》中重新加载 UI，重新加载所有脚本而不停止游戏引擎本身或注销您。
• 为应用程序提供独特的API，供用户扩展，而不会暴露系统的关键部分给公众。例如，文本编辑器提供宏语言，允许您集成自定义行为，而不会给您完全访问编辑器本身的内部。

使用范围非常广泛，具体取决于开发人员。

- Ian