Linguagens de Script: Caso de Estudo Lua

Caso de estudo: Lua Prof: Sérgio Souza Costa

Linguagens de Script

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Sobre mim

Sérgio Souza CostaProfessor - UFMADoutor em Computação Aplicada (INPE)

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Introdução

● Pragmática● Conceitos chaves● Caso de estudo: Lua

Pragmática

Script é um paradigma caracterizado por:

● integração com outros sistemas ● desenvolvimento rápido● eficiência modesta● funções de alto nível e para aplicações

específicas

Integração com outros sistemas

Grandes sistemas, são compostos por diversos subsistemas

Linguagens de script, podem ser usadas para integrar estes subsistemas.

Também, para aumentar as possibilidades de customização de grandes sistemas.

Exemplos?

Exemplos

● Lua○ Jogos, multimedia, Integrado com engines

● JavaScript○ Web, cliente, Integrado ao browser

● PHP, JSP, ASP○ Web, servidor, Integrado com servidor de paginas

● VbScript○ Office, Integrado aos aplicatiovos

● Shell Script○ operações de sistemas operacionais

Desenvolvimento rápido

Scripts são caracterizados por um rapido processo de desenvolvimento.

Alguns scripts são escritos e usados apenas uma vez, tais como sequencias de comandos, ex. shell script.

Outros usados mais frequentes, mas sempre com modificações


Scripts são caracterizados por um rapido processo de desenvolvimento.

Alguns scripts são escritos e usados apenas uma vez, tais como sequencias de comandos, ex. shell script.

Outros usados mais frequentes, mas sempre com modificações

Citem duas caracteristicas que torna o processo de desenvolvimento rápido nesta linguagem.


Edite-rode, diferentemente de edite-compile-link-rode, das linguagens compiladas.


Edite-rode, diferentemente de edite-compile-link-rode, das linguagens compiladas.

Usualmente são dinamicamente tipadas, facilitando o reuso de código e redigibilidade, códigos menores

Eficiência modesta

● Eficiência não é um requisito essencial em linguagens de script.

● Contudo, o script será apenas parte de um grande sistema,

● Dificilmente, um sistema será todo desenvolvido em uma linguagem de script

● Veja o comparativo das linguagens quanto a velocidade, observem a colocação das linguagens de script.○ http://shootout.alioth.debian.org/u32/which-programming-languages-are-fastest.php

http://shootout.alioth.debian.org/u32/which-programming-languages-are-fastest.php


Eficiência modesta

● Eficiência não é um requisito essencial em linguagens de script.

● Contudo, o script será apenas parte de um grande sistema,

● Dificilmente, um sistema será todo desenvolvido em uma linguagem de script

● Veja o comparativo das linguagens quanto a velocidade, observem a colocação das linguagens de script.○ http://shootout.alioth.debian.org/u32/which-programming-languages-are-fastest.php

Por que estas linguagens não são

tão eficientes ?



Funções de alto nível

● Como, são de uso específicos, elas teram funções de alto nível que tem como objetivo facilitar o seu uso.

Conceitos chaves

Linguagens de script são similares a linguagens imperativas:

Conceitos chaves

Linguagens de script são similares a linguagens imperativas:● Variaveis, que mudam de valor● Comandos, ● Procedimentos, com efeitos colaterais

Conceitos chaves

Podemos destacar algumas caracteristicas específicas:

● processamento de strings em alto nivel● suport a interface gráfica em alto nível● dinamicamente tipadas

Caso de estudo: Lua

GUIA ESSENCIAL: Principais Conceitos

Lua

● Desenvolvida na PUC-Rio desde 1993● Início modesto, para uso interno expansão

lenta e gradual● "Comitê" de três pessoas: Roberto

Ierusalimschy, Luiz H. de Figueiredo, Waldemar Celes

● Lua, é usado em jogos, tv interativa (nclLua), modelos dinamicos (terrame-inpe) ...

Uma das linguagens mais usadas

Neste mês teve uma queda. No mês anterior ela estava a frente de Ruby, JavaScript, Delphi

http://www.tiobe.com/index.php/content/paperinfo/tpci/index.html




Mais eficiente que suas "concorrentes"




Lua

● Linguagem de script○ similariedade com Perl, Python, Tcl

● Uma linguagem de extensão○ ênfase em comunicação inter-linguagens○ enfatiza desenvolvimento em múltiplas linguagens

● Uma linguagem de descrição de dados○ anterior a XML

XML - Lua - Json

<note><to>Tove</to><from>Jani</fr><heading>Reminder</heading><body>Don't forget me this weekend!</body>

</note>

XML

XML - Lua - Json


</note>

note{to = "Tove",from= "Jani",heading ="Reminder",body="Don't forget me this weekend!"

}

XML

Lua

XML - Lua - Json


</note>

note{to = "Tove",from= "Jani",heading ="Reminder",body="Don't forget me this weekend!"

}

note{to : "Tove",from : "Jani",heading :"Reminder",body:"Don't forget me this weekend!"

}

XML

Lua

JSON

Lua em Jogos

"It is easy to see why Lua is rapidly becoming the de facto standard for game scripting." Artificial Intelligence for Games, Morgan Kaufmann, 2006. "It's quite possible that game developers will look back at the 2000s as the decade of Lua".,

Game Programming Gems 5, Charles River Media, 2005.

Lua:Aplicações

● Ginga○ middleware padrão brasileiro para TV digital

● Wireshark○ analisador de protocolos

● Snort○ intrusion detection and prevention system

Lua: Aplicações

● TerraME○ Ambiente de modelagem dinâmica (INPE),

● nmap○ rastreador de redes para segurança

● Eyeon's Digital Fusion○ pós-produção de filmes

● E muitas outras...

Lua: vantagens

● Portabilidade○ No contexto que foi proposto, não havia outra

linguagem que rodasse no unix, windows, linux ...● Simplicidade

○ sintaxe simples● Pequeno tamanho

○ Ainda é muito pequenas, bibliotecas e includes não ultrapassa 700 kb.

Lua: vantagens

● Acoplabilidade○ Facil integração com C, deste modo com diversas

linguagens.○ C, é o ingles das linguagens de programação ..

● "Eficiência",○ ainda é uma das mais eficientes linguagens

dinamicas e de scripts

Lua: Sintaxe

● Sintaxe com inspiração no Pascal● O uso de ; é opcional

function fact (n) local f = 1for i =1, n do

f = f * iendreturn f

end

Lua: Comentários

● Comentarios em linha-- este é um comentario

● Comentario em bloco--[[

este éum comentario

--]]

Lua: usando

● Linguagem interpretada● Não existe o conceito de função principal● Meu primeiro programa

Ouprint ( "hello world" )

function ola ()print ( "hello world" )

endola() -- chamando a função

Lua: usando

● Linguagem interpretada● Não existe o conceito de função principal● Meu primeiro programa

Ouprint ( "hello world" )

function ola ()print ( "hello world" )

endola() -- chamando a função

Salve estes programas em um arquivo primeiro.lua e execute-o:

> lua primeiro.lua

Lua: Usando

Usando no modo iterativo:

sh> lua> print ( "ola mundo !!" )> print (10+9)

Lua: Atribuições

Em Lua, podemos fazer atribuições multiplas:

a = 10b = 20a, b = b, a

Lua: Sistema de tipos

● Linguagem dinamicamente tipada● Escopo e amarração de variáveis

○ Tudo é global, até que se prove o contrário● Tipos de dados

○ nil, boolean, number, string, table, function, userdata● Funções como valores de primeira ordem

○ Parametros e retorno de funções, tem a mesmos previlegios dos outros tipos

Lua: Sistema de tipos

Como os tipos variam durante a execução, lua fornece uma função que retorna o tipo de uma variavel:

print (type (a))a = 1234print (type (a))a = "ola"print (type (a))

Quais serão as saídas ?

Lua: tipos de dados

● nil● number● string● function● userdata● table

Tipo nil

● Representa o valor indefinido ou inexistente.

● Tipo do valor default das variáveis

● Também significa o falso booleano○ Qualquer valor de outro tipo significa verdadeiro

■ Com exceção de false

Tipo boolean

● Valor booleano○ Falso (false) ou verdadeiro (true)

if (choveu == true) then ....

● Operadores relacionais booleanos==, ~=, <, >, <=, >=

Tipo number

Único tipo nativo para valores numéricosdouble (por default)

a = 3b = 3.5c = 4.5e-8

Tipo string

● Valores imutáveis○ Não é um vetor de caracteres, não tem como

modificar uma dada posição● Sem limite de tamanho

○ É comum ler arquivo completo em uma string○ Similar ao Haskell

● Strings não usam \0 para terminação● Podem armazenar dados binários quaisquer● Pattern-matching poderoso

○ Implementado via biblioteca padrão

Tipo String

Exemplo:

a = "ola"b = "mundo"c = a.." "..b -- o .. é usado para concatenarprint (c)

Tipo function

Duas notações:

function inc (x) return x+1

end

inc = function (x) return x+1

end

Tipo function

Valores de primeira classe

function twice (f, a)return f (f (a))

end

function dobra (a)return 2* aend

print (twice (dobra, 4))

w = {redraw = function () ...end,pick = function (x,y) ...end,}

Tipo function

Retorno multiplos

function f (a,b)return 2*a, 2*b

end

print ( f(4,5))

Tipo function

Passando multiplos parametros:

function f(...)for i=1, #arg do

print(arg[i])end

end

f (5,7,8)

Tipo function

Funções anônimas, suporte a notação lambda

a = twice (2, function (x) return 2*x end)print (a)

Amarração

● Tudo é global até que prove o contrário● Importante, sempre declare como local suas

variaveis dentro das funções

function f1 ()local a = 1;

end

f1()print (a)

Amarração

● Tudo é global até que prove o contrário● Importante, sempre declare como local suas

variaveis dentro das funções

function f1 ()local a = 1;

end

f1()print (a)

Rode este código com e sem a palavra reservada "local"

Amarração

● Acesso a variáveis em escopos externos○ Closures

● Expressão cujo valor é calculado quando a função que a contém é criada○ Quando o fecho é feito

function add (x)return function (y)

return y+xend

end

add1 = add(1)print(add1(10)) --> 11

Tipo userdata

● Armazena um ponteiro void* de C● Tipo opaco para a linguagem

○ Somente atribuição e teste de igualdade● Linguagem extensível em C

○ Esqueleto para construção de linguagens de domínio específico

Tipo table

● Resultado da expressão {}● Arrays associativos● Qualquer valor com chave● Único mecanismo de estruturação de dados

○ É para Lua o que lista é para Lisp

Tipo table

The only structured data type is table. I implements associative arrays, that is, arrays that can be indexed not only with integers, but with string, double, table, or function values.

For table indexing, both table.name and table[''name''] are acceptable. Tables can be used to implement records, arrays, and recursive data types.

Tipo table

Como vetores, o primeiro indice é 1v = {2,3,5,6}print (v[1], v[2])

Matrizes, tabela de tabela

m = { {1,2,3},{4,5,6}}print (m[2][2])

Tipo table

● Pode ser indexada por diferentes tipos, não somente inteiros

● Estrutura de dados registros ou tipos cartesianos

● Acessando dado, notação "sugar"

t.x para t["x"]:

pessoa = {Nome = Joao ,Idade = 20,Telefone = 66666666

}

print (pessoa.Nome)print (pessoa[Nome])

Tipo table

Tipo table

Descrição de dados + semântica imperativa

article{author="F.P.Brooks",title="The Mythical Man-Month",year=1975

}

temp = {}temp["author"] = "F.P.Brooks"temp["title"] = "The Mythical Man-Month"temp["year"] = 1975article(temp)

Unico construtor

Tipo table

● Duas maneiras de percorrer tabelas○ table.foreach será removida de versões futuras.

t = {4,5,6,7,8}

for i,v in pairs (t) do print (i,v) end

table.foreach (t, function (i,v) print (i,v) end)

Tipo table

Atribuição de tabela é sempre referencia, similar a Java ,JavaScript ... :

a = {"joão"}b=aprint (a[1], b[1])b[1] = "Maria"print (a[1], b[1])

Tipo table

● Funções 1a classe + tabelas = quase OO○ Tabelas podem ter funções como campos

p = {x = 10, y = 20} -- dados-- cria uma função na tabela "p"function p.getX (self)

print (self.x)end-- chama a função da tabela "p"p.getX(p)

Tipo table

● Funções 1a classe + tabelas = quase OO○ Tabelas podem ter funções como campos

● "Sugar notation"

p = {x = 10, y = 20}function p:getX ()

// nao precisa passar explicito selfprint (self.x)

end// nao precisa passar "p"p:getX()

Tipo table

Existem diversas funções úteis (olhar manual):

t = {2,3,4,5}table.getn (t) -- retorna o tamanho da tabela#t -- ao inves de getn, podemos usar o operador "#"table.insert (t, 10)table.remove (t) -- equivalente ao pop, remove o ultimo ...

Construtores

Simulando POO

person = {};person.name = "Nicholas";person.age = 29;person.job = "Software Engineer";

function person:sayName () print(self.name);end

person:sayName()

Construtores

Simulando POO



person:sayName()

Sempre que criar um novo "person", terei que escrever a função sayName?

Construtores

Simulando POO



person:sayName()

Sempre que criar um novo "person", terei que escrever a função sayName?

Qual a solução ?

Construtores

function Person(name, age, job)local self = {}self.name = name;self.age = age;self.job = job;self.sayName = function()

print(self.name);endreturn self

end

person1 = Person("Nicholas", 29, "Software Engineer");person2 = Person("Greg", 27, "Doctor");person1:sayName ()person2:sayName ()

Construtores



end


Qual o problema desta solução ?

Construtores



end


Qual o problema desta solução ?

Como resolver ?

Construtores

● Solução: metatabelas, conceito "prototype", presente em diversas outras linguagens

● Conceito chave: separar os metodos em uma tabela distinta, de modo a ter replicas destes metodos na memoria.

Construtores: Metatabela

Separando metodos dos dados:

person_methods = {sayName = function (self) print (self.name) end

}

function Person(name, age, job)local self = {}self.name = name;self.age = age;self.job = job;

setmetatable(self, {__index = person_methods} )return self

end

person2 = Person("Greg", 27, "Doctor");person2:sayName ()

Estou dizendo para a linguagem procurar nos indices (__index) de outra tabela,:

Sobrecarga de operadores

local Point_metatable = {__add = function (p1,p2) return Point(p1.x+p2.x,p1.y+p2.y) end}-- Construtorfunction Point (p1,p2)

local self = {}self.x = tonumber(p1) or 0.0self.y = tonumber(p2) or 0.0setmetatable(self,Point_metatable)return self

end

local r = Point (3,4) + Point (5,2)print (r.x, r.y)

Estou dizendo como ele faz a soma, _add

Controle de fluxo

if (10 > 5) thenprint ("10>5")

elseprint ("algo de muito errado")

end

i = 0while (i < 10) do

print ("i", i)i = i + 1

end

for i = 0, 10 doprint ("i",i)

end

Programação modular

Que estrutura é usada para modularizar ?


Que estrutura é usada para modularizar ?

TABELAS, logicamente, :)


● Lua utiliza a combinação de tabelas com funções de primeira classe para construção de módulos.○ As bibliotecas padrão de Lua são implementadas

como módulos via tabelas.● Exemplo

mod1 = {}function mod1.ola()

print ("Ola, modulo")end

mod1.lua

require "mod1"mod1.ola()

main.lua

Usando a API C

● Para usar a API C do Lua, basta baixar a versão de biblioteca referente ao seu sistema (Linux, Windows, 32bit, 64bits ....)● http://sourceforge.

net/projects/luabinaries/files/5.1.4/

Entendendo a API

● Não tenho como objetivo ensinar esta API, apenas mostrar o mecanismo de integração de uma linguagem de script.● O mecanismo irá variar de linguagem para

linguagem.● Esta API é relativamente simples,

Conceitos chave

● Carregue o arquivo Lua na memoria.● Consulte valores da memoria, e coloque

os na pilha.● Retire os valores da pilha e traga-os para

variaveis do C.

Considere o seguinte arquivo

width = 200height = 300

config.lua

Função para ler o arquivo void load (char *filename, int *width, int *height) { lua_State *L = luaL_newstate (); luaL_openlibs(L); /* opens Lua */

// carrega o arquivo if (luaL_loadfile(L, filename) || lua_pcall(L, 0, 0, 0)) error(L, "cannot run configuration file: %s”, lua_tostring(L, -1)); // consulta valores, e coloca na pilha lua_getglobal(L, "width"); lua_getglobal(L, "height"); // verifica, e pega o valores da pilha if (!lua_isnumber(L, -2)) error(L, "`width' should be a number\n"); if (!lua_isnumber(L, -1)) error(L, "`height' should be a number\n"); *width = (int)lua_tonumber(L, -2); *height = (int)lua_tonumber(L, -1); lua_close(L); }

A função principal ...

int main () { int w, h; load("./config.lua", &w, &h); printf ("%d - %d \n", w,h);

}

Função definida anteriormente

Nome do Arquivo

A função principal ...

int main () { int w, h; load("./config.lua", &w, &h); printf ("%d - %d \n", w,h);

}

Função definida anteriormente

Nome do Arquivo

Lembrem-se que em Lua o arquivo de configuração não precisa ser

tão simples

Chamando funções

Considerem o seguinte arquivo config.lua

function soma (a, b)return a+b

end

Chamando funções

Dado um estado do arquivo lua, poderiamos carrega-la:

int soma (lua_State *L, int a, int b) { int res;

lua_getglobal(L, "soma"); lua_pushinteger (L, a); lua_pushinteger (L, b);

if (lua_pcall (L, 2, 1, 0) != 0 ) printf ("erro\n"); res = lua_tointeger (L,-1); return res; }

Chamando funções

A função main, ficaria:

int main () { int r; lua_State *L = luaL_newstate (); luaL_openlibs(L); /* opens Lua */

if (luaL_loadfile(L, "./config.lua") || lua_pcall(L, 0, 0, 0)) error(L, "cannot run configuration file: %s",lua_tostring(L, -1)); r = soma(L, 10, 20); printf ("%d\n", r); lua_close(L);

}

Chamando funções

A função main, ficaria:

int main () { int r; lua_State *L = luaL_newstate (); luaL_openlibs(L); /* opens Lua */

if (luaL_loadfile(L, "./config.lua") || lua_pcall(L, 0, 0, 0)) error(L, "cannot run configuration file: %s",lua_tostring(L, -1)); r = soma(L, 10, 20); printf ("%d\n", r); lua_close(L);

}

Saber mais sobre a API, acesse:

Conceitos Básicos e API C

http://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=api%20lua%20pdf&source=web&cd=5&ved=0CFEQFjAE&url=http%3A%2F%2Fwww.keplerproject.org%2Fdocs%2Fapostila_lua_2008.pdf&ei=v33CTvqIGcfZgAep-rjoDg&usg=AFQjCNGgxz8oEQ1k-dtHfMxR74lJPBCqIw&sig2=1W0gaqcDYYs5Rwovyz-K3g

http://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=api%20lua%20pdf&source=web&cd=5&ved=0CFEQFjAE&url=http%3A%2F%2Fwww.keplerproject.org%2Fdocs%2Fapostila_lua_2008.pdf&ei=v33CTvqIGcfZgAep-rjoDg&usg=AFQjCNGgxz8oEQ1k-dtHfMxR74lJPBCqIw&sig2=1W0gaqcDYYs5Rwovyz-K3g

Saber Mais ....

lua.org

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Linguagens de Script: Caso de Estudo Lua