Luaプログラミング言語初心者ガイド

ポイント: Luaは、高速でシンプルな構文で知られる軽量で埋め込み可能なスクリプト言語であり、ゲーム開発やネットワークプログラムなどのアプリケーションに最適です。

Luaは複数のプログラミングパラダイムをサポートし、開発者の柔軟性を向上させます。
World of WarcraftやAdobe Lightroomなどの人気ゲームやアプリケーションで広く使用されています。

この記事では、Luaプログラミング言語の基本をカバーします。内容は以下の通りです:

Luaとは何か
主要なコンポーネント
主な特徴
利点と欠点
使用例
Luaと他の言語
Windows環境へのLuaのインストール
セットアップ

始めましょう。

Luaと他の言語

Luaのインストール

Luaとは何か？

Luaは堅牢で軽量で埋め込み可能なスクリプト言語であり、手続き型、オブジェクト指向、関数型、データ駆動型など、複数のプログラミング方法をサポートしています。

Luaの主な焦点はスクリプトにあり、単独のプログラミング言語として使用されることはめったにありません。代わりに、主にCおよびC++で書かれた他のプログラムに統合（埋め込まれた）スクリプト言語として使用されます。また、サードパーティのプラグインを介して他のプログラミング言語もサポートしています（NLua/KeraLua for .NET/C#）。

Luaの一般的な使用例には以下が含まれます:

ビデオゲームやゲームエンジン開発の重要なコンポーネントとして。例えば、Warframe、World of Warcraft、CRYENGINEはすべてLuaを使用しています。
CISCOシステム、Nmap、ModSecurityなどの多くのネットワークプログラムでのプログラミング言語として。
Adobe LightroomやMySQL Workbenchなどの産業プログラムでのプログラミング言語として。
開発者が自らのプログラムに統合してスクリプト機能を有効にするためのライブラリとして。

スクリプト言語であるため、Luaには独自のメインアプリケーションはありません。代わりに、ホストアプリケーションの埋め込まれた部分としてのみ機能します。

(最も人気のあるプログラミング言語を探検してください。)

Luaの動作原理

Luaには2つの主要なコンポーネントがあります:

Luaインタープリタ
Lua仮想マシン（VM）

Luaは、Pythonなどの他の言語のようにLuaファイルを直接解釈されるわけではありません。代わりに、Luaインタープリタを使用してLuaファイルをバイトコードにコンパイルします。LuaインタープリタはANSI Cで書かれており、高い移植性を持ち、多くのデバイスで動作することができます。

通常、コンパイルはランタイムで行われますが、時にはランタイム前に行われ、ロード時間を短縮します。次に、Lua仮想マシンはこのコンパイルされたバイトコードを実行します。Lua仮想マシンのレジスタベースのアーキテクチャは、実際のハードウェアアーキテクチャに近く、プログラムの全体的なパフォーマンスを向上させます。

Luaの主な特徴

では、Luaの何が素晴らしいのでしょうか？これが定義的な特徴です:

速度

Luaは、解釈型スクリプト言語の中で最も速いプログラミング言語の1つと見なされています。特に、Luaはベンチマークテストや実世界のシナリオにおいて、ほとんどの他のプログラミング言語よりも大きなタスクをより速く実行できます。

さらに速くするために、LuaJITという独立したLuaの実装が、Luaをさらに速くするジャストインタイムコンパイラを使用しています。

サイズ

Luaは、他のプログラミング言語と比較してかなり小さいフットプリントを持ち、完全なソースコードとドキュメントはわずか1.3MBです。標準ライブラリを含むLuaインタープリターは278Kを占め、完全なLuaライブラリはわずか466Kです。

この小さなサイズは、組み込みデバイスから巨大なゲームエンジンまで、複数のプラットフォームにLuaを統合する際に理想的です。

移植性と埋め込み可能性

小さいサイズのおかげで、Luaの移植性はほぼ無限であり、標準Cコンパイラをサポートする任意のプラットフォームでLuaをそのまま実行できます。Luaの速度とサイズは、他のプログラミング言語と組み合わせる際に大きな利点となります。これは、既存の機能を損なうことなくプログラムの速度を向上させるのに役立ちます。

重要な点は、Luaは他のプログラミング言語と互換性を持つために複雑な書き直しを必要としないことです。LuaはC、C++、Java、C#などの主要なプログラミング言語やPerl、Rubyなどの他のスクリプト言語と一緒に使用することができ、その可用性をさらに拡張します。

単純さ

Luaは設計がシンプルでありながら強力な機能を提供します。Luaのコア機能の1つは、開発者が言語自体に直接多くの機能を提供するのではなく、機能を実装できるメタメカニズムです。

また、Luaはインクリメンタルガーベジコレクションを備えており、メモリ使用量と実装の複雑さを軽減します。サンドボックス機能を使用して、関数やリソースを隔離できます。これにより、プログラムのセキュリティが向上し、マルチタスク用のコルーチンが提供されます。

これらすべての機能は、シンプルな構文と理解しやすい形式で提供されるため、誰でも簡単にLuaを習得し、自分のプログラムで使用できます。

ライセンス

LuaはMITライセンスの下で配布される無料のオープンソースソフトウェアです。これは、誰でもライセンスやロイヤリティ料金を支払うことなく、任意の目的でLuaを使用できることを意味します。

利点と欠点

どの言語にも利点と欠点があります。

Luaの利点

簡単なアプリ統合。 高いパフォーマンスと小さなサイズにより、Luaをアプリケーションに統合しやすくなります。
シンプルな構文。 約20の専用キーワードを持つ比較的シンプルな構文構造は、Luaプログラミングを簡単に始めるのに役立ちます。
柔軟性。 標準ライブラリがなくても、Luaをニーズに合わせてカスタマイズできます。
クロスプラットフォームの互換性とサポート 標準Cコンパイラにより、Luaはほぼどこでも実行可能です。
動的変数 Luaでは、型を定義せずに変数を定義でき、型は実行時に自動的に決定されます。
簡単なデバッグ。 シンプルで強力なデバッグライブラリ。
豊富なドキュメント。 Luaプロジェクトを迅速に立ち上げるための包括的なドキュメントと活発なコミュニティ。

Luaの欠点

限られたエラーハンドリングサポートにより、Luaスクリプトの正確なエラーを特定するのに長いデバッグ時間がかかる可能性があります。
すべての変数はグローバル変数（グローバルスコープ）として作成されるため、変数の代入でエラーが発生する可能性があります。
限られたパターンマッチングサポート。

Luaを使用する時

主要な制限のないスクリプト言語として、Webサーバーの単純なバックエンドスクリプトから複雑なゲーム開発まで、あらゆるシナリオでLuaを使用できます。

Luaは、全体のパフォーマンスを汚染することなく機能を作成できるため、ビデオゲーム開発で非常に一般的です。すべてを分離しておくこともできます。

Luaが優れているもう1つの分野は、サイズとパフォーマンスが主要な関心事である埋め込みプログラミングです。Luaは、既存の機能を拡張したり、新しい機能や機能を作成したりするために日常的なアプリケーションで使用できます。

Luaを使用している人気のあるゲーム、プログラム、サービスには、Dark Souls、Fable II、GarryのMod、Wireshark、VLC、Apache、Nginx Webサーバーがあります。

Luaは他の言語と比較してどのように優れているのでしょうか？

こちらは、高レベルの一般的なプログラミング言語Python、高レベルのオブジェクト指向Java、Webに特化したJavascriptとの違いを示します。

では、Windowsでの開発環境の設定方法を見てみましょう。まず、Luaをインストールします。

ステップ 1

Lua.orgのダウンロードページに移動します。ここでは、WindowsにLuaをインストールするためにプリコンパイルされたバイナリを使用します。したがって、以下のスクリーンショットに示すように、「バイナリリンクを取得」をクリックします。

ステップ 1

LuaBinariesページで「ダウンロード」をクリックすると、プリコンパイルされたバイナリのリストが表示されるページにリダイレクトされます。そこから適切なバージョンを選択します。

最新の64ビットWindows用のLuaバージョンを使用します。

これにより、ユーザーはバイナリがダウンロードされるSourceForgeページに移動します。

ダウンロードしたZipファイルを、バイナリを永久に保存するための任意の場所に移動します。

ここでは、「D:\Program Files\Lua」を場所として使用します。Zipファイルを移動した後、任意の圧縮ユーティリティ（例: Windows Explorer、7zip、WinRar）を使用してその内容を抽出します。

ステップ 4

WindowsがシステムのどこからでもLuaを呼び出せるようにするために、Luaバイナリの場所をシステムPATHに追加する必要があります。

ステップ 4.1 環境変数に移動します。（Windowsエクスプローラーを開き、このPCを右クリックし、プロパティを選択します。）

ステップ 4.2 表示された画面で「詳細システム設定」をクリックし、「環境変数」をクリックします。

ステップ4.3。 システム変数セクションで、Lua実行可能ファイルの場所をPath変数の新しいエントリとして追加します。

ステップ5

コマンドプロンプトまたはPowerShellウィンドウを開き、Luaコマンド（Luaのバージョン - lua54）を入力してシステムがLuaを認識するか確認します。

Lua開発環境の設定

システムにLuaをインストールしたので、コーディングを進めるための開発環境が必要です。それには、以下のいずれかを選択できます:

ZeroBrane Studioのような専用のLua IDE
VSCodeのような一般的なIDE

このインスタンスではVSCodeを使用します。

VSCodeで「lua_basic.lua」という名前のファイルを作成し、そのファイルを希望の場所に保存します。次に、その中に以下のようなprint文をタイプします。

    print("Hello Lua")
print(10*10)
print("We have multiplied 10 by 10")

私たちのLuaプログラムは、実行する前にコンパイルする必要があるため、ビルドタスクを作成する必要があります。そのためには、ターミナルメニューをクリックし、「ビルトタスクを実行」を選択して、「ビルドタスクを構成」オプションを選択します。

(VSCodeの設定によっては異なるビルドタスクテンプレートがあります。「テンプレートからtasks.jsonを作成」を選択し、最後に「その他」オプションを選択してカスタムビルドタスクを定義します。)

ビルドタスクを実行

ビルドタスクを構成

テンプレートからtasks.jsonを作成

その他

ビルドタスクを構成

テンプレートからtasks.jsonを作成

その他

ステップ2

ステップ2.1 タスクを構成するために以下のコードブロックを追加します。そのコードブロックでは、「Run Lua」というタスクを定義しており、コマンド「lua54」でシェル上で実行されます。そのコマンドは現在のファイルを引数として受け取り、ビルド操作を実行します。

task.json

    {
    "version": "2.0.0",
    "tasks": [
        {
            "label": "Run Lua",
            "type": "shell",
            "command": "lua54",
            "args": [
                "${file}"
            ],
            "group": {
                "kind": "build",
                "isDefault": true
            }
        }
    ]
}

task.json

ステップ3

「lua_basic.lua」ファイルを再度開きます。次に、再び「ターミナル」に移動し、「ビルドタスクを実行」をクリックするか、ショートカットCtrl+Shift+Bを使用します。

これにより、ファイルがコンパイルされ、出力が提供されます。

それで終わりです！これで、Luaスクリプトを作成するために使用できる作業環境が整いました。公式Luaリファレンスマニュアルを使用して、Lua言語をさらに探求できます。

Luaは強力

Luaは強力なスクリプト言語であり、無限の可能性を持っており、さまざまなプラットフォーム上の任意のプログラムに機能を追加することができます。

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