Lua (linguagem de programação)

Lua é uma linguagem de programação interpretada, de script em alto nível, com tipagem dinâmica e multiparadigma, reflexiva e leve, projetada por Tecgraf da PUC-Rio em 1993 para expandir aplicações em geral, de forma extensível (que une partes de um programa feitas em mais de uma linguagem), para prototipagem e para ser embarcada em softwares complexos, como jogos. Assemelha-se com Python, Ruby e Icon, entre outras.

Lua foi criada por um time de desenvolvedores do Tecgraf da PUC-Rio, a princípio, para ser usada em um projeto da Petrobras. Devido à sua eficiência, clareza e facilidade de aprendizado, passou a ser usada em diversos ramos da programação, como no desenvolvimento de jogos (a Blizzard Entertainment, por exemplo, usou a linguagem no jogo World of Warcraft), controle de robôs, processamento de texto, etc. Também é frequentemente usada como uma linguagem de propósito geral.

Lua combina programação procedural com poderosas construções para descrição de dados, baseadas em tabelas associativas e semântica extensível. É tipada dinamicamente, interpretada a partir de bytecodes, e tem gerenciamento automático de memória com coleta de lixo. Essas características fazem de Lua uma linguagem ideal para configuração, automação (scripting) e prototipagem rápida.

História 
Lua foi criada em 1993 por Roberto Ierusalimschy, Luiz Henrique de Figueiredo e Waldemar Celes, membros do Computer Graphics Technology Group na PUC-Rio, a Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, no Brasil. Versões de Lua antes da versão 5.0 foram liberadas sob uma licença similar à licença BSD. A partir da versão 5.0, Lua foi licenciada sob a licença MIT.

Alguns de seus parentes mais próximos são o Icon, por sua concepção, e Python, por sua facilidade de utilização por não programadores. Em um artigo publicado no Dr. Dobb's Journal, os criadores de Lua também afirmam que Lisp e Scheme foram uma grande influência na decisão de desenvolver a tabela como a principal estrutura de dados de Lua. Lua tem sido usada em várias aplicações, tanto comerciais como não comerciais.

O primeiro projeto utilizando a linguagem em jogos foi em 1997 quando a LucasArts a utilizou como linguagem de script no jogo Grim Fandango.

Em 2008 nasceu uma das engines mais famosas de Lua (Corona SDK)

Em 2009 nasceu o Love2D, uma engine para jogos 2d

Características 
Lua é normalmente descrita como uma linguagem de múltiplos paradigmas, oferecendo um pequeno conjunto de características gerais que podem ser estendidas para encaixar diferentes tipos de problemas, em vez de fornecer uma especificação mais complexa e rígida para combinar com um único paradigma. Lua, por exemplo, não contém apoio explícito à herança, mas permite que ela seja executada com relativa facilidade com metatables. Do mesmo modo, Lua permite que programadores quando implementam nomes, classes, e outras funções, empreguem poderosas técnicas de programação funcional e completos escopos lexicais.

Lua é uma linguagem que suporta apenas um pequeno número de estruturas, tais como dados atômicos, valores booleanos, números (dupla precisão em ponto flutuante por padrão), e strings. As estruturas de dados comuns, tais como matrizes, conjuntos, tabelas, listas, e registros podem ser representados por meio de Lua. Lua não foi construída com suporte para programação orientada a objeto.

A Linguagem 
Esta seção descreve o vocabulário, aspectos sintáticos e semânticos de Lua. Em outras palavras, esta seção descreve quais itens de vocabulário são válidos, como combiná-los e o que significam. A estrutura da linguagem será explicada usando a notação BNF estendida usual, onde {a} representa zero ou mais a, e [a] representa um a opcional. Os não terminais são exibidos como não terminais, as palavras-chave são exibidas como kword e outros símbolos de terminal são exibidos como "=". A sintaxe Lua completa pode ser encontrada em §8 no final deste manual.

Convenções Léxicas 
Em Lua, um nome (também chamado de identificador) pode ser qualquer string de letras, números e sublinhados que não comece com um número. Esta definição é consistente com a definição de nomes na maioria dos idiomas. (A definição da letra depende do idioma (local): o idioma atual considera qualquer caractere da letra a ser usado como um identificador.) Os identificadores são usados ​​para nomear variáveis ​​e campos de tabela.

Lua é uma linguagem que diferencia maiúsculas de minúsculas: and é uma palavra reservada, mas And e AND são dois nomes válidos diferentes. Por convenção, nomes que começam com sublinhado e letras maiúsculas (como _VERSION) são reservados para variáveis ​​globais internas usadas por Lua.

Sintaxe e exemplos 
O Programa Olá Mundo pode ser escrito da seguinte forma:

print("Olá, Mundo!")

Algoritmo de Trabb Pardo-Knuth 

local function f(t)
  return math.sqrt(math.abs(t)) + 5 * t ^ 3
end

local a = {}
for i = 1, 11 do
  a[i] = io.read("*number")
end

for i = #a, 1, -1 do
  local y = f(a[i])
  print(i - 1, y > 400 and "TOO LARGE" or y)
end

Funções 
A função fatorial recursiva:

function fact(n)
   if n == 0 then
      return 1
   else
      return n * fact(n - 1)
   end
end

O cálculo dos n primeiros números perfeitos:

function perfeitos(n)
   cont=0
   x=0
   print("Os números perfeitos são:")
   repeat
      x=x+1
      soma=0
      for i=1,(x-1) do
         if math.mod(x,i)==0 then soma=soma+i;
         end
      end
      if soma == x then
         print(x)
         cont = cont+1
      end
   until cont==n
   print("Pressione qualquer tecla para finalizar...")
end

O tratamento das funções como variáveis de primeira classe é mostrado no exemplo a seguir, onde o comportamento da função “print” é modificado:

do
   local oldprint = print -- Grava a variável “print” em “oldprint”
   print = function(s)    -- Redefine a função “print”
      if s == "foo" then
         oldprint("bar")
      else
         oldprint(s)
      end
   end
end

Qualquer chamada da função “print” agora será executada através da nova função, e graças ao escopo léxico de Lua, a função “print” antiga só será acessível pelo nova.

Lua também suporta funções closure, como demonstrado abaixo:

function makeaddfunc(x) -- Retorna uma nova função que adiciona x ao argumento
   return function(y)
      return x + y
   end
end
plustwo = makeaddfunc(2)
print(plustwo(5)) -- Prints 7

Um novo “closure” é criado para a variável x cada vez que a função “makeaddfunc” é chamada, de modo que a função anônima a ser retornada sempre irá acessar seu próprio parâmetro x. O “closure” é gerenciado pelo coletor de lixo (garbage collector) da linguagem, tal como qualquer outro objeto.

Estruturas de repetição 
Lua nos fornece 4 tipos diferentes de loops: while, repeat (similar ao do while de outras linguagens), for e o loop genérico. Suas respectivas sintaxes são demonstradas abaixo:

while condição do
    -- Comandos
end

repeat
    -- Comandos
until condição

for i = início, fim, passo do -- O passo pode ser positivo ou negativo
    -- Comandos
    -- Exemplo: print(i)
end

for key, value in next, some_table do
    -- Comandos
end

Em relação ao laço genérico, ele irá atuar sobre cada par de dados presente na tabela. Esse tipo de laço é semelhante ao que encontramos em Python.

A seguir, um exemplo simples de utilização:

local info = { John = 10, Alex = 32 } -- Declaração de uma tabela com pares chave/valor

for key, value in next, info do
    -- “key“ e “value” serão as variáveis utilizadas
    -- elas armazenarão a chave da tabela (o nome)
    -- e o valor dessa chave (a idade)
    print("Name: ", key)
    print("Age: ", value)
end

-- Saída:
-- Name: John
-- Age: 10
-- Name: Alex
-- Age: 32

Tabelas 
As tabelas são as estruturas de dados mais importantes (e, por concepção, a única estrutura de dados complexas) em Lua, e são a base de todos os tipos de dados possíveis na linguagem. Por meio da utilização de tabelas podemos simular vetores, matrizes, estruturas, objetos, etc.

A tabela é um conjunto de chaves e pares de dados também conhecido como hashed heterogeneous associative array', onde os dados são referenciados por chave. A chave (índice) pode ser de qualquer tipo de dado exceto nulo. Um inteiro com chave valor 1 é considerada distinta da chave de uma string'' "1".

As tabelas são criadas usando a seguinte sintaxe: {}

a_table = {} -- Cria uma nova tabela vazia

Tabelas sempre são passadas por referência:

a_table = {x = 10}  -- Cria uma nova tabela, com uma entrada associada. Onde o caractere "x" recebe o valor numérico 10.
print(a_table["x"]) -- Escreve o valor da tabela a_table índice "x", que neste caso tem o valor numérico 10
b_table = a_table
a_table["x"] = 20   -- O valor da tabela a_table índice "x", é trocado para 20
print(a_table["x"]) -- Escreve o valor de a_table índice "x", que é igual a 20
print(b_table["x"]) -- Escreve o mesmo valor que a_table índice "x", porque a_table e b_table ambos referem-se à mesma tabela.

Tabelas como vetor 
Ao criarmos uma tabela, os dados inseridos nela ganham automaticamente um índice numérico para identificá-los. Porém, ao contrário de outras linguagens de programação, o primeiro índice recebe o valor de 1, e não 0.

A seguir, um exemplo de como é possível simular a utilização de um vetor utilizando uma tabela em Lua:

array = { "a", "b", "c", "d" } -- Os índices são atribuídos automaticamente.
print(array[2])                -- Imprime "b". A indexação automática em Lua começa em 1.
print(#array)                  -- Imprime 4. # é o operador de tamanho para tables e strings.
array[0] = "z"                 -- 0 é uma posição aceita
print(#array)                  -- Ainda imprime 4, como as matrizes Lua são baseadas em 1.

Tabelas como estrutura 
As tabelas são frequentemente utilizadas como estruturas, utilizando strings como chaves, porque este tipo de uso é muito comum, e Lua apresenta uma sintaxe especial para acessar esses tipos de domínios. Exemplo:

point = { x = 10, y = 20 } -- Cria uma nova tabela
print(point["x"])          -- Imprime 10
print(point.x)             -- Faz a mesma coisa que a linha acima

Exemplo de um vetor de estruturas:

function Point(x, y)       -- Construtor para objetos "Point"
   return { x = x, y = y } -- Cria e retorna um objeto (tabela)
end
array = { Point(10, 20), Point(30, 40), Point(50, 60) } -- Cria array de objetos "Point"
print(array[2].y)                                       -- Imprime 40

Tabela como matriz 
Exemplo de tabela simulando uma simples matriz:

matriz =
{
    {1, 2, 3, 4},
    {5, 6, 7, 8}
}
print(matriz[1][3]) -- Saída: 3
print(matriz[2][4]) -- Saída: 8

Tabelas e orientação a objetos 
Apesar da Lua não possuir os conceitos de orientação a objetos, é possível utilizar esse paradigma através de dois recursos da linguagem: first-class functions e tabelas. Ao colocar funções e dados relacionados em uma tabela, criamos um objeto.

O conceito de herança também pode ser implementado utilizando metatables, pedindo para o objeto buscar métodos/atributos não existentes em objetos pais.

A seguir, como exemplo, será criado um objeto vetor, utilizando a sintaxe facilitada que a linguagem nos oferece para a orientação a objetos:

local Vetor = { } -- Criação da classe “Vetor”
Vetor.__index = Vetor

function Vetor:new(x, y, z) -- Construtor
    return setmetatable({x = x, y = y, z = z}, Vetor)
end

function Vetor:magnitude()
    -- Referenciamos atributos do próprio objeto utilizando “self”
    return math.sqrt(self.x^2 + self.y^2 + self.z^2)
end

local vec = Vetor:new(0, 1, 0) -- Criação de um objeto da classe Vetor
print(vec:magnitude()) -- Chamada de um método (Saída: 1)
print(vec.x) -- Acessando um atributo (Saída: 0)

Existem várias maneiras de escrever a construção de uma classe em Lua, este é um outro exemplo de como você pode criar uma classe orientada a um objeto:

local Vetor = { }

do --Um novo bloco
    Vetor.init = function(x, y, z) --Construtor
        self = setmetatable({ x = x, y = y, z = z }, {__index=Vetor})
        return self
    end

    function Vetor:magnitude() --Função do objeto
        return math.sqrt(self.x^2 + self.y^2 + self.z^2)
    end
end

local vec = Vetor.init(0, 1, 0) -- Criação de um objeto da classe Vetor
print(vec:magnitude()) -- Chamada de um método (Saída: 1)
print(vec.x) -- Acessando um atributo (Saída: 0)

A resposta será a mesma, no entanto, o tempo de execução de cada uma pode ser diferente.

Metatables 
Uma característica essencial de Lua é a semântica Extensível, e o conceito de “metatables” permite que as tabelas Lua sejam personalizadas em poderosas e exclusivas formas. O exemplo a seguir mostra uma tabela “infinita”. Para qualquer valor “n”, “fibs [n]” dará o enésimo número Fibonacci usando programação dinâmica.

fibs = { 1, 1 } -- Valores iniciais de fibs[1] e fibs[2].
meta_table = setmetatable(fibs, {
    __index = function(name, n) -- __index é uma função predefinida, que será chamada se a chave “n” não existir
    name[n] = name[n - 1] + name[n - 2] -- Calcula e grava fibs[n].
    return name[n]
    end
})
print (meta_table[3]) -- Saída: 2

Projetos que utilizam Lua 
Em 2013, a Wikimedia Foundation começou a utilizar a linguagem nas predefinições.

Projetos 

 Adobe Photoshop Lightroom
 Celestia
 Cheat Engine
 ClanLib
 CryEngine 3
 Corona SDK
 Damn Small Linux
 Ginga
 Kepler (software)
 lighttpd
 Liquid Feedback
 MinGW
 Monotone
 Nmap
 PlayStation Home

Jogos 
Exemplos de empresas que desenvolveram jogos usando a linguagem Lua: LucasArts, Croteam, BioWare, Microsoft, Relic Entertainment, Absolute Studios, Monkeystone Games, Blizzard, SNKPlaymore, Facepunch Studios, KOG.

 Angry Birds
 Baldur's Gate
 The Battle for Wesnoth
 Civilization V
 Counter-Strike Online / Counter-Strike Nexon: Zombies
 Dark Souls II
 Escape from Monkey Island
 Fable II
 Far Cry
 FlyFF
 Freeciv
 Freelancer
 Garry's Mod
Grand Chase
 Grim Fandango
 Impossible Creatures
 Lego Universe
 MapleStory
 MDK2
 Monopoly Tycoon
 Multi Theft Auto
 Psychonauts
 Ragnarok Online
 Project zomboid
 Roblox
 Street Fighter IV 
 The King of Fighters XIII
 OpenTibia 
 Transformice
 The Talos Principle
 World of Warcraft

Ver também 
 JavaScript
 Lista de linguagens de programação
 Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro

Bibliografia

Ligações externas 

 
 
 
 
 

Lua (linguagem de programação)
Invenções e descobertas brasileiras
Linguagens de script
Compiladores e interpretadores livres
Softwares multiplataformas
Sistemas embarcados
Linguagens interpretadas
Linguagens de programação orientadas a objetos
Linguagens de programação criadas em 1993
Software usando a licença MIT
Linguagens de programação
Software livre multiplataforma