16.1 編譯
此前，我們已經(jīng)介紹過函數(shù) dofile，它是運(yùn)行 Lua 代碼的主要方式之一。實(shí)際上，函數(shù) dofile 是一個(gè)輔助函數(shù)，函數(shù) loadfile 才完成了真正的核心工作。與函數(shù) dofile 類似，函數(shù) loadfile 也是從文件中加載 Lua 代碼段，但它不會(huì)運(yùn)行代碼，而只是編譯代碼，然后將編譯后的代碼段作為一個(gè)函數(shù)返回。此外，與函數(shù) dofile 不同，函數(shù) loadfile 只返回錯(cuò)誤碼而不拋出異常?？梢哉J(rèn)為，函數(shù) dofile 就是：
---@return function
---@param filename stirng
function dofile(filename)
local f = assert(loadfile(filename))
return f()
end
請(qǐng)注意，如果函數(shù) loadfile 執(zhí)行失敗，那么函數(shù) assert 會(huì)引發(fā)一個(gè)錯(cuò)誤。
對(duì)于簡單的需求而言，由于函數(shù) dofile 在一次調(diào)用中就做完了所有工作，所以該函數(shù)非常易用。不過，函數(shù) loadfile 更靈活。在發(fā)生錯(cuò)誤的情況中，函數(shù) loadfile 會(huì)返回 nil 及錯(cuò)誤信息，以允許我們按自定義的方式來處理錯(cuò)誤。此外，如果需要多次運(yùn)行同一個(gè)文件，那么只需調(diào)用一次 loadfile 函數(shù)以后再多次調(diào)用它的返回結(jié)果即可。由于只編譯一次文件，因此這種方式的開銷要比多次調(diào)用dofile 小得多（編譯在某種程度上相比其他操作開銷更大）。
函數(shù) load 與文件 loadfile 類似，不同之處在于該函數(shù)從一個(gè)字符串或函數(shù)中讀取代碼段，而不是從文件中讀取。例如，考慮如下代碼：
f = load("i = i + 1")
在這句代碼執(zhí)行后，變量 f 就會(huì)變成一個(gè)被調(diào)用時(shí)執(zhí)行 i = i + 1 的函數(shù)：
i = 0
f()
print(i)
f()
print(i)
盡管函數(shù) load 的功能很強(qiáng)大，但還是應(yīng)該謹(jǐn)慎地使用。相對(duì)于其他可選的函數(shù)而言，該函數(shù)的開銷較大并且可能會(huì)引起詭異的問題。請(qǐng)先確定當(dāng)下已經(jīng)找不到更簡單的解決方式后再使用該函數(shù)。
如果要編寫一個(gè)用后即棄的 dostring 函數(shù)（例如加載并運(yùn)行一段代碼），那么我們可以直接調(diào)用函數(shù) load 的返回值：
load(s)()
不過，如果代碼中有語法錯(cuò)誤，函數(shù) load 就會(huì)返回 nil 和形如 “試圖調(diào)用一個(gè) nil 值” 的錯(cuò)誤信息。為了更清楚地展示錯(cuò)誤信息，最好使用函數(shù) assert：
assert(load(s))()
通常，用函數(shù) load 來加載字符串常量是沒有意義的。例如，如下得到兩行代碼基本等價(jià)：
f = load("i = i + 1")
f = function () i = i + 1 end
但是，由于第 2 行代碼會(huì)與其外層的函數(shù)一起被編譯，所以其執(zhí)行速度要快得多。與之對(duì)比，第一段代碼在調(diào)用函數(shù) load 時(shí)會(huì)進(jìn)行一次獨(dú)立的編譯。
由于函數(shù) load 在編譯時(shí)不涉及詞法定界，所以上述示例的兩段代碼可能并不完全等價(jià)。為了清晰的展示它們之間的區(qū)別，讓我們稍微修改一下上面的例子：
i = 32
local i = 0
f = load("i = i + 1; print(i)")
g = function()
i = i + 1
print(i)
end
f() --> 33
g() --> 1
函數(shù) g 像我們所預(yù)期地那樣操作局部變量 i，但函數(shù) f 操作的卻是全局變量 i，這是由于函數(shù) load 總是在全局環(huán)境中編譯代碼段。
函數(shù) load 最典型的用法是執(zhí)行外部代碼（即那些來自程序本身之外的代碼段）或動(dòng)態(tài)生成的代碼。例如，我們可能想運(yùn)行用戶定義的函數(shù)，由用戶輸入函數(shù)的代碼后調(diào)用函數(shù) load 對(duì)其求值。請(qǐng)注意，函數(shù) load 期望的輸入時(shí)一段程序，也就是一系列的語句。如果需要對(duì)表達(dá)式求值，那么可以在表達(dá)式前添加 return，這樣才能構(gòu)成一條返回指定表達(dá)式值得語句。例如：
print("enter your expression:")
io.flush() --由于我使用的是idea 所以需要用這個(gè)語句來刷新流 否則在控制臺(tái)看不到上一句 print 函數(shù)的內(nèi)容
local line = io.read()
local func = assert(load("return " .. line))
print("the value of your expression is " .. func())
由于函數(shù) load 所返回的函數(shù)就是一個(gè)普通函數(shù)，因此可以返回對(duì)其進(jìn)行調(diào)用：
print("enter function to be plotted (with variable 'x'): ")
io.flush()
local line = io.read()
local f = assert(load("return " .. line))
for i = 1, 20 do
x = i
print(string.rep("*", f()))
end
我們也可以使用讀取函數(shù)作為函數(shù) load 的第一個(gè)參數(shù)。讀取函數(shù)可以分幾次返回一段程序，函數(shù) load 會(huì)不斷地調(diào)用讀取函數(shù)直到讀取函數(shù)返回 nil（表示程序段結(jié)束）。作為示例，以下的調(diào)用與函數(shù) loadfile 等價(jià)：
f = load(io.lines(filename, "*L"))
正如我們?cè)诘?7 章所看到的，調(diào)用 io.lines(filename, "*L") 返回一個(gè)函數(shù)，這個(gè)函數(shù)每次被調(diào)用時(shí)就從指定文件返回一行。因此，函數(shù) load 會(huì)一行一行地從文件中讀出一段程序。以下的版本與之相似但效率稍高：
f = load(io.lines(filename, 1024))
這里，函數(shù) io.lines 返回的迭代器會(huì)以 1024 字節(jié)為塊讀取源文件。
Lua 語言將所有獨(dú)立的代碼當(dāng)做匿名可變長參數(shù)的函數(shù)體。例如，load("a = 1") 的返回值與以下表達(dá)式等價(jià)：
function(...) a = 1 end
像其他任何函數(shù)一樣，代碼段中可以聲明局部變量：
f = load("local a = 10; print(a + 20)")
f()
使用這個(gè)特性，可以在不使用全局變量 x 的情況下重寫之前運(yùn)行用戶定義函數(shù)的示例：
print("enter function to be plotted (with variable 'x'): ")
io.flush()
local line = io.read()
local f = assert(load("local x = ...; return " .. line))
for i = 1, 20 do
print(string.rep("*", f(i)))
end
在上述代碼中，在代碼段開頭增加了 "local x = ..." 來將 x 聲明為局部變量。之后使用參數(shù) i 調(diào)用函數(shù) f，參數(shù) i 就是可變長參數(shù)的表達(dá)式的值 (...)。
函數(shù) load 和函數(shù) loadfile 從來不引發(fā)錯(cuò)誤。當(dāng)有錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，它們會(huì)返回 nil 及錯(cuò)誤信息：
print(load("i i")) --> nil [string "i i"]:1: syntax error near 'i'
此外，這些函數(shù)沒有任何副作用，它們既不改變或創(chuàng)建變量，也不向文件寫入等。這些函數(shù)只是將程序段編譯為一種中間形式，然后將結(jié)果作為匿名函數(shù)返回。一種常見的誤解是認(rèn)為加載一段程序也就是定義了函數(shù)，但實(shí)際上在 Lua 語言中函數(shù)定義是運(yùn)行時(shí)而不是在編譯時(shí)發(fā)生的一種賦值操作。例如，假設(shè)有一個(gè)文件 foo.lua：
--- foo.lua
---@return void
---@param x any
function foo(x)
print(x)
end
當(dāng)執(zhí)行：
f = loadfile("foo.lua")
時(shí)，編譯 foo 的命令并沒有定義 foo，只有運(yùn)行代碼才會(huì)定義它：
f = loadfile("foo.lua")
print(foo) --> nil
f()
foo("ok") --> ok
這種行為可能看上去有些奇怪，但如果不使用語法糖對(duì)其進(jìn)行重寫則看上去會(huì)清晰很多：
--- foo.lua
---@return void
---@param x any
foo = function(x)
print(x)
end
如果線上產(chǎn)品級(jí)別的程序需要執(zhí)行外部代碼，那么應(yīng)該處理加載程序段時(shí)報(bào)告的所有錯(cuò)誤。此外，為了避免不愉快的副作用發(fā)生，可能還應(yīng)該在一個(gè)受保護(hù)的環(huán)境中執(zhí)行這些代碼我們會(huì)在第 22 章中討論相關(guān)的細(xì)節(jié)。
16.2 預(yù)編譯的代碼
生成預(yù)編譯文件（也被稱為二進(jìn)制文件）的最簡單方式是，使用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)行版中附帶的 luac 程序。例如，下列命令會(huì)創(chuàng)建文件 prog.lua 的預(yù)編譯版本 prog.lc：
$ luac -o prog.lc prog.lua
Lua 解析器會(huì)像執(zhí)行普通 Lua 代碼一樣執(zhí)行這個(gè)新文件，完成與原來代碼完全一致的動(dòng)作：
lua prog.lc
幾乎在 Lua 語言中所有能夠使用源碼的地方都可以使用預(yù)編譯代碼。特別地，函數(shù) loadfile 和函數(shù) load 都可以接受預(yù)編譯代碼。
我們可以直接在 Lua 語言中實(shí)現(xiàn)一個(gè)最簡單的 luac：
p = loadfile(arg[1])
f = io.open(arg[2], "wb")
f:write(string.dump(p))
f:close()
這里的關(guān)鍵函數(shù)是 string.dump，該函數(shù)的入?yún)⑹且粋€(gè) Lua 函數(shù)，返回值是傳入函數(shù)對(duì)應(yīng)的字符串形式的預(yù)編譯代碼（已被正確地格式化，可由 Lua 語言直接加載）。
luac 程序提供了一些有意思的選項(xiàng)。特別地，選項(xiàng) -l 會(huì)列出編譯器為指定代碼段生成的操作碼（opcode）。例如，示例 16.1 展示了函數(shù) luac 針對(duì)如下只有一行內(nèi)容的文件在帶有 -l 選項(xiàng)時(shí)的輸出：
a = x + y - z
示例16.1 luac -l 的輸出示例
main <test.lua:0,0> (7 instructions, 28 bytes at 00710520)
0+ params, 2 slots, 0 upvalues, 0 locals, 4 constants, 0 functions
1 [1] GETGLOBAL 0 -2 ; x
2 [1] GETGLOBAL 1 -3 ; y
3 [1] ADD 0 0 1
4 [1] GETGLOBAL 1 -4 ; z
5 [1] SUB 0 0 1
6 [1] SETGLOBAL 0 -1 ; a
7 [1] RETURN 0 1
預(yù)編譯形式的代碼不一定比源代碼更小，但是卻加載得更快。預(yù)編譯形式的代碼的另一個(gè)好處是，可以避免由于意外而修改源碼。然而，與源代碼不同，蓄意損壞或構(gòu)造的二進(jìn)制代碼可能會(huì)讓 Lua 解析器崩潰或甚至執(zhí)行用戶提供的機(jī)器碼。當(dāng)運(yùn)行一般的代碼時(shí)通常無須擔(dān)心，但應(yīng)該避免運(yùn)行以預(yù)編譯形式給出的非受信代碼。這種需求，函數(shù) load 正好有一個(gè)選項(xiàng)可以適用。
除了必須的第 1 個(gè)參數(shù)外，函數(shù) load 還有 3 個(gè)可選參數(shù)。第 2 個(gè)參數(shù)是程序段的名稱，只在錯(cuò)誤信息中心被用到。第 4 個(gè)參數(shù)是環(huán)境，我們會(huì)在第 22章中對(duì)其進(jìn)行討論。第 3 個(gè)參數(shù)正是我們所關(guān)心的，它控制了允許加載的代碼段的類型。如果該參數(shù)存在，則只能是如下的字符串：字符串 "t" 允許加載文本類型的代碼段，字符串 "b" 只允許加載二進(jìn)制類型的代碼段，字符串 "bt" 允許同時(shí)加載上述兩種類型的代碼段（默認(rèn)）。
16.3 錯(cuò)誤
Lua 語言會(huì)在遇到非預(yù)期的情況時(shí)引發(fā)錯(cuò)誤。例如，當(dāng)試圖將兩個(gè)非數(shù)值類型的值相加，對(duì)不是函數(shù)的值進(jìn)行調(diào)用，對(duì)不是表類型的值進(jìn)行索引等。我們可以顯式地調(diào)用函數(shù) error 并傳入一個(gè)錯(cuò)誤信息作為參數(shù)來引發(fā)一個(gè)錯(cuò)誤。通常，這個(gè)函數(shù)就是在代碼中提示出錯(cuò)的合理方式：
print("enter a number")
io.flush()
n = io.read("n")
if not n then
error("invalid input")
end
由于“針對(duì)某些情況調(diào)用函數(shù) error”這樣的代碼結(jié)構(gòu)太常見了，所以 Lua 語言提供了一個(gè)內(nèi)建的函數(shù) assert 來完成這類工作：
print("enter a number")
io.flush()
n = assert(io.read("*n"), "invalid input")
函數(shù) assert 檢查其第一個(gè)參數(shù)是否為真，如果該參數(shù)為真則返回該參數(shù)；如果該參數(shù)為假則引發(fā)一個(gè)錯(cuò)誤。該函數(shù)的第 2 個(gè)參數(shù)是一個(gè)可選的錯(cuò)誤信息。不過，要注意函數(shù) assert 只是一個(gè)普通函數(shù)，所以 Lua 語言總是在調(diào)用該函數(shù)前先對(duì)參數(shù)進(jìn)行求值。如果編寫形如：
n = io.read()
assert(tonumber(n), "invalid input: " .. n .. " is not a number")
的代碼，那么即使 n 是一個(gè)數(shù)值類型，Lua 語言也總是會(huì)進(jìn)行字符串連接。在這種情況下使用顯式的測試可能更加明智。
當(dāng)一個(gè)函數(shù)發(fā)現(xiàn)某種意外的情況發(fā)生時(shí)，在進(jìn)行異常處理時(shí)可以采取兩種基本方式：一種是返回錯(cuò)誤代碼（nil 或者 false），另一種是通過調(diào)用函數(shù) error 引發(fā)一個(gè)錯(cuò)誤。如何在這兩種方式之間選擇并沒有固定的規(guī)則，但筆者通常遵循如下的指導(dǎo)原則：容易避免的異常應(yīng)該引發(fā)錯(cuò)誤，否則應(yīng)該返回錯(cuò)誤碼
以函數(shù) math.sin 為例，當(dāng)調(diào)用時(shí)參數(shù)傳入了一個(gè)表該如何反應(yīng)呢？如果要檢查錯(cuò)誤，那么久不得不編寫如下代碼：
local res = math.sin(x)
if not res then
--error-handling code
end
當(dāng)然，也可以在調(diào)用函數(shù)前輕松地檢查出這種異常：
if not tonumber(x) then
--error-handling code
end
通常，我們既不會(huì)檢查參數(shù)也不會(huì)檢查函數(shù) math.sin 的返回值：如果 sin 的參數(shù)不是一個(gè)數(shù)值，那么就意味著我們的程序可能出現(xiàn)了問題。此時(shí)，處理異常最簡單也是最實(shí)用的做法就是停止運(yùn)行，然后輸出一條錯(cuò)誤信息。
另一方面，讓我們?cè)倏紤]一下用于打開文件的函數(shù) io.open。如果要打開的文件不存在，那么該函數(shù)應(yīng)該有怎樣的行為呢？在這種情況下，沒有什么簡單的方法可以在調(diào)用函數(shù)前檢測到這種異常。在很多系統(tǒng)中，判斷一個(gè)文件是否存在的唯一方法就是試著去打開這個(gè)文件，。因此如果由于外部原因（比如文件不存在或權(quán)限不足）導(dǎo)致 io.open 無法打開一個(gè)文件，那么它應(yīng)該返回 false 及一條錯(cuò)誤信息。通過這種方式，我們就有機(jī)會(huì)采取恰當(dāng)?shù)姆绞絹硖幚懋惓Ｇ闆r，例如要求用戶提供另一個(gè)文件名：
local file, msg
repeat
print("enter a file name")
io.flush()
local name = io.read()
if not name then
return
end
file, msg = io.open(name, "r")
if not file then
print(msg)
end
until file
如果不想處理這些情況，但又想安全地運(yùn)行程序，那么只需要使用 assert：
file = assert(io.open(name, "r"))
這是 Lua 語言中的一種典型技巧：如果函數(shù) io.open 執(zhí)行失敗，assert 就引發(fā)一個(gè)錯(cuò)誤。請(qǐng)讀者注意，錯(cuò)誤信息（函數(shù)的第 2 個(gè)返回值）是如何變成 assert 的第 2 個(gè)參數(shù)的。
16.4 錯(cuò)誤處理和異常
對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用而言，我們無須在 Lua 代碼中做任何錯(cuò)誤處理，應(yīng)用程序本身會(huì)負(fù)責(zé)處理這類問題。所有 Lua 語言的行為都是由應(yīng)用程序的一次調(diào)用而觸發(fā)的，這類調(diào)用通常是要求 Lua 語言執(zhí)行一段代碼。如果執(zhí)行中發(fā)生了錯(cuò)誤，那么調(diào)用會(huì)返回一個(gè)錯(cuò)誤代碼，以便應(yīng)用程序采取適當(dāng)?shù)男袨閬硖幚礤e(cuò)誤。當(dāng)獨(dú)立解釋器中發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，主循環(huán)會(huì)打印錯(cuò)誤信息，然后繼續(xù)顯示提示符，并等待執(zhí)行指定的命令。
不過，如果要在 Lua 代碼中處理錯(cuò)誤，那么就應(yīng)該使用函數(shù) pcall 來封裝代碼。
假設(shè)要執(zhí)行一段 Lua 代碼并捕獲執(zhí)行中發(fā)生的所有錯(cuò)誤，那么首先需要將這段代碼封裝到一個(gè)函數(shù)中，這個(gè)函數(shù)通常是一個(gè)匿名函數(shù)。之后，通過 pcall 來調(diào)用這個(gè)函數(shù)：
local ok, msg = pcall(function()
-- some code
if (unexpected_condition) then
error()
end
-- some code
print(a[i]) -- 潛在錯(cuò)誤： 'a' 可能不是一個(gè)表
-- some code
end
)
if ok then -- 執(zhí)行被保護(hù)的代碼時(shí)沒有發(fā)生錯(cuò)誤
-- regular code
else -- 執(zhí)行被保護(hù)的代碼時(shí)有錯(cuò)誤發(fā)生，進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚? -- error-handling code
end
函數(shù) pcall 會(huì)以一種保護(hù)模式來調(diào)用它的第一個(gè)參數(shù)，以便捕獲該函數(shù)執(zhí)行中的錯(cuò)誤。無論是否有錯(cuò)誤發(fā)生，函數(shù) pcall 都不會(huì)引發(fā)錯(cuò)誤。如果沒有錯(cuò)誤發(fā)生，那么 pcall 返回 true 及被調(diào)用函數(shù)（作為 pcall 的第 1 個(gè)參數(shù)傳入）的所有返回值；否則，返回 false 及錯(cuò)誤信息。
使用 “錯(cuò)誤信息” 的命名方式可能會(huì)讓人誤解錯(cuò)誤信息必須使用一個(gè)字符串，因此稱之為 錯(cuò)誤對(duì)象 可能更好，這主要是因?yàn)楹瘮?shù) pcall 能夠返回傳遞給 error 的任意 Lua 語言類型的值。
local status, err = pcall(function()
error({ code = 121 })
end)
print(err.code)
這些機(jī)制為我們提供了在 Lua 語言中進(jìn)行異常處理的全部。我們可以通過 error 來拋出異常，然后用函數(shù) pcall 來捕獲異常，而錯(cuò)誤信息則用來標(biāo)識(shí)錯(cuò)誤的類型。
16.5 錯(cuò)誤信息和?；厮?/h2>
雖然能夠使用任何類型的值作為錯(cuò)誤對(duì)象，但錯(cuò)誤對(duì)象通常是一個(gè)描述出錯(cuò)內(nèi)容的字符串。當(dāng)遇到內(nèi)部錯(cuò)誤（比如嘗試對(duì)一個(gè)非表類型的值進(jìn)行索引操作）出現(xiàn)時(shí)，Lua 語言負(fù)責(zé)產(chǎn)生錯(cuò)誤對(duì)象（這種情況下錯(cuò)誤對(duì)象永遠(yuǎn)是字符串；而在其他情況下，錯(cuò)誤對(duì)象就是傳遞給函數(shù) error 的值。）如果錯(cuò)誤對(duì)象是一個(gè)字符串，那么 Lua 語言還會(huì)嘗試把一些有關(guān)錯(cuò)誤發(fā)生位置的信息附上：
local status, err = pcall(function() error("my error") end)
print(error)
位置信息中給出了出錯(cuò)代碼段的名稱和行號(hào)。
函數(shù) error 還有第 2 個(gè)可選參數(shù) level，用于指出向函數(shù)調(diào)用層次中的哪層函數(shù)報(bào)告錯(cuò)誤，以說明誰該為錯(cuò)誤負(fù)責(zé)。例如，假設(shè)編寫一個(gè)用來檢查其自身是否被正常調(diào)用了的函數(shù)：
function foo(str)
if(type(str) ~= "string") then
error("string expected")
end
-- regular code
end
如果調(diào)用時(shí)被傳遞了錯(cuò)誤參數(shù)：
foo({x = 1})
由于是函數(shù) foo 調(diào)用的 error，所以 Lua 語言會(huì)認(rèn)為是函數(shù) foo 發(fā)生了錯(cuò)誤。然而，真正的肇事者其實(shí)是函數(shù) foo 的調(diào)用者。為了糾正這個(gè)問題，我們需要告訴 error 函數(shù)錯(cuò)誤實(shí)際發(fā)生在函數(shù)調(diào)用層次的第 2 層中（第 1 層是 foo 函數(shù)自己）：
function foo(str)
if(type(str) ~= "string") then
error("string expected", 2)
end
-- regular code
end
通常，除了發(fā)生錯(cuò)誤的位置以外，我們還希望錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)得到更多調(diào)試信息。至少，我們希望得到具有發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)完整函數(shù)調(diào)用棧的棧回溯。當(dāng)函數(shù) pcall 返回錯(cuò)誤信息時(shí)，部分的調(diào)用已經(jīng)被破壞了。因此，如果希望得到一個(gè)有意義的?；厮?，那么就必須在函數(shù) pcall 返回前先將調(diào)用棧構(gòu)建好。為了完成這個(gè)需求，Lua 語言提供了函數(shù) xpcall。該函數(shù)與函數(shù) pcall 類似，但它的第 2 個(gè)參數(shù)是一個(gè)消息處理函數(shù)。當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，Lua 會(huì)在調(diào)用棧展開前調(diào)用這個(gè)消息處理函數(shù)，以便消息處理函數(shù)能夠使用調(diào)試庫來獲取有關(guān)錯(cuò)誤的更多信息。兩個(gè)常用的消息處理函數(shù)是 debug.debug 和 debug.traceback，前者為用戶提供一個(gè) Lua 提示符來讓用戶檢查錯(cuò)誤發(fā)生的原因；后者則使用調(diào)用棧來構(gòu)造詳細(xì)的錯(cuò)誤信息，Lua 語言的獨(dú)立解釋器就是使用這個(gè)函數(shù)來構(gòu)造錯(cuò)誤信息的。
練習(xí)題我個(gè)人感覺實(shí)用性比較低，決定跳過它
