Lua 到 C

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描述

此实用程序将给定的 Lua 源文件转换为等效的 C 源文件，该文件使用 Lua C API 调用编写。至少，这适用于 Lua 语言的大部分子集（见下文限制）。

编译器完全用 Lua 编写，不需要构建/安装。该项目重用了 Metalua 的 gg/mlp 解析器，将 Lua 源代码转换为 Metalua 风格的 [1] AST，编译器随后在此基础上进行操作。lua2c 不需要 Metalua 本身，因为 gg/mlp 包含在发行版中（已修补的 metalua-0.4.1-rc1）并且是用纯 Lua 编写的。

用法

示例用法

lua lua2c.lua test/bisect.lua

这将生成一个类似于此处所示的 C 文件：[bisect.c]。

您也可以使用 shell 脚本“clua”来编译 Lua->C->机器代码，并在一步中执行所有操作。但是，您可能需要编辑文件中的变量以匹配您的系统，因为此实用程序调用 C 编译器。

./clua test/bisect.lua

lua2c 甚至可以编译自身！（注意：-c 选项仅编译，不运行。）

./clua -c lua2c.lua               # compile lua2c binary

./lua2c examples-lua/bisect.lua   # test

相关工作

• luac2c - 此相关工作由 Hisham Muhammad [2] 完成，它将 Lua 字节码转换为 C 源代码，而此项目将 Lua 源代码转换为 C 源代码。luac2c 遇到了与下面给出的类似的限制。luac2c 仍然处于实验阶段，但取代了 Luiz Henrique De Figueiredo 为 Lua 4.0 编写的非常基础但名称相似的 lua2c [3]。

• luagen++ [4] 使用 C++ 表达式模板将 Lua 式 C++ 语句转换为 C API 调用。一些代码生成结构实际上与 lua2c 相当类似。

• Python Pyrex [5] 在 Python 中做了类似的事情，但它还增加了降低 C 和 Python 代码之间界限的目标。类似的事情可以用 lua2c 完成，尤其是因为 lua2c 使用了可扩展的 gg 解析器。

• David Given 编写的 Clue [6] 做了相反的事情：将 C 源代码转换为 Lua 源代码。

• luac + BinToCee [10] 允许将 Lua 源代码编译为字节码或嵌入到 C 文件中。

• LuaInterpreterInLua [12] - 是用 Lua 重写的 Lua 解释器 (lua.c)。它可以通过 lua2c 编译为 C（例如，用于脚手架）。

潜在用途

我认为这个项目不仅在理论上很有用，而且还有许多潜在的用途。

• 提供另一种将 Lua 编译为机器码的方法（而不是 luac + BinToCee）。
• 简化 C 和 Lua 代码之间的接口，并允许从 Lua 有效地访问 C 数据类型（参见上面的 Pyrex）。
• 将 Lua 编译为优化的 C 代码。例如，通过静态确定某些变量以受限方式使用（例如，通过在 Lua 源文件中使用 pragma 装饰或通过推断隐式确定），某些代码结构可以简化为使用纯 C 而不是 Lua C API。这将允许某些经过精心编写的 Lua 代码以原生速度运行。由于它编译为 C，因此它甚至可以在 LuaJIT 不可用 的 CPU 上运行。

限制

警告：此代码通过了大部分 Lua 5.1 测试套件 [7]，并且可以自行编译，但代码是新的，仍然可能存在错误。特别是，一些语言特性（例如协程）尚未实现。有关详细信息，请参见 lua2c.lua 中的注释。请在维基上报告错误/补丁。

lua2c 目前不支持协程、通常拒绝 C 函数的函数（例如 setfenv）以及可能的尾调用优化。并非所有这些在 C 中都有完全的对应物。协程可能永远不会被支持。但是，可以探索一些解决方案 [8][9]，包括可能生成在 Lua 表中维护协程上下文的代码。

闭包和上值已实现，但由于实现（见下面的实现说明），创建和访问上值有点慢，希望可以改进。

现在代码已经相当完整/健壮，可以更多地关注优化代码生成。在运行一些测试 [11] 时，性能是普通 Lua 的 25%-75%，但希望未来的优化会改进这一点。

Lua 5.2 说明

• LuaFiveTwo（截至 5.2.0-work4）弃用了 getfenv 和 setfenv，消除了上述限制之一。
• LuaFiveTwo 有新的 lua_arith 和 lua_compare C API 函数，消除了 lua2c 重新实现这些函数的必要性。
• LuaFiveTwo 还有新的 lua_yieldk、lua_callk 和 lua_pcallk 函数用于协程，可能有助于在 lua2c 中实现协程。
• lua2c 可能会将 upvalues 实现为 C 函数 upvalues 而不是表，因为 LuaFiveTwo 实现 lua_upvaluejoin/lua_setupvalue/lua_setupvalue，所以 C 函数可以直接共享 upvalues。
• 关于尾调用，请参见 [1]。

下载

• 最新开发源代码（推荐）：http://github.com/davidm/lua2c/。从这里您可以浏览源代码，下载 tar/zip 快照，或使用 git 检出，运行“git clone git://github.com/davidm/lua2c.git”。
• 最后一个发布版本：[lua2c-0.2.1-20080802.tar.gz]；旧版本：[achive]

项目页面

项目页面目前是 https://lua-users.lua.ac.cn/wiki/LuaToCee。

作者

DavidManura

许可

(c) 2008 DavidManura。根据与 Lua 相同的条款（MIT 许可）授权。有关完整的许可详细信息，请参阅包含的 LICENSE 文件。请发布任何补丁/改进。

实现说明

一些实现说明可能会放在这里。

重要主题包括

• 在 C 中使用 upvalues 实现闭包。当前方法是将用作 upvalues 的局部变量存储在作用域为块的 Lua 表中（lc_newclosuretable）。实用函数 lc_getupvalue/lc_setupvalue 访问它。
• 支持可变参数 (...) 函数。主要的是，这只需要允许堆栈被任意数量的偏移量移动（lc_nextra）。
• 转换过程：Lua 代码字符串 -> Lua AST -> C AST -> C 代码字符串
• 实现 Lua C API 中没有的实用函数（例如算术元方法处理程序，例如 lc_add 用于实现 __add 来添加两个数字，同时处理元方法）。
• 跟踪词法作用域（currentscope 表）
• 跟踪堆栈（idxtop）
• 处理计算结果为 0、1 或多个返回值的表达式
• 处理不在堆栈顶部的表达式（'onstack' 与 'anywhere' 的位置）
• 常量折叠
• 可能的优化技巧（尚未实现）
  • 当可以推断出元方法调用不会被触发时，删除元方法调用。
  • 其他代码消除。
  • 使用内部接口而不是 C API？
  • 构建常量表？
  • 内联？

未来工作

该项目可以通过添加全局（每文件）代码优化器来显著改进。最重要的是，某种形式的跨过程数据流分析[2]可以推断代码中许多表达式的基本数据类型（例如，该值是一个数字，没有元表，是一个具有特定值的常量，或者为正），尤其是在该代码大量使用局部（词法）变量时。或者，可以支持特殊注释（如LuaInspect中的“--!”）以允许程序员注入此信息。如果 AST 用此信息装饰，代码生成器可以将通用代码替换为更具体的代码。例如，Lua 代码“a+b”通常转换为 Lua 栈上的值 a 和 b，并进行 __add 元方法查找。但是，如果已知 a 和 b 为数字，则可以直接转换为 C 代码“a+b”，其中 a 和 b 为 C 栈上的 C 双精度浮点数。没有理由我们不能实现这种类型的转换。

-- Lua code
local function f(n)
  local sum = 0
  for i=1,n do sum = sum + i end
  -- note: sum and n are obviously always numbers.
  return sum
end
print(f(5))

// C code
double sum = 0;  // C datatype
for(int i=1; i<=5; i++) { sum = sum + i; }  // no overhead!
lua_getfield(L,LUA_ENVIRONINDEX,"print");
lua_pushnumber(L,sum);
lua_call(L,1,0);

这里可能与 LuaJIT 和其他项目有一些重叠[3]。有关该领域的初步工作，请参阅SourceOptimizer和LuaInspect。

在待办事项列表中，还应优先考虑在 Lua 代码中内联嵌入 C 表达式的语法（如 Pyrex 中）。

应支持协程，特别是考虑到 5.2 中的增强功能（例如 lua_callk）。

建议更新到 Lua 5.2（请参阅上面的 5.2 说明）。

状态

不幸的是，由于时间和优先级，我目前没有积极维护它，除了偶尔的简单错误修复，或者可能是在付费的情况下。如果您想接管此项目的维护并纠正上述限制，请这样做。

命名

此包可能最好重命名为“lua2capi”，以强调它以 Lua C API 调用形式生成 C 代码的事实。另一个选择是生成 Lua 内部形式的 C 代码。

参考文献

• [1] Metalua AST - http://metalua.luaforge.net/manual006.html#toc17
• [2] luac2c（以前称为 luatoc） - LuaList:2006-07/msg00144.html
• [3] LHF 的 Lua 4.0 lua2c - LuaList:2002-01/msg00296.html
• [4] luagen++ - LuaGenPlusPlus
• [5] Pyrex - http://www.cosc.canterbury.ac.nz/greg.ewing/python/Pyrex/
• [6] Clue - http://cluecc.sourceforge.net/
• [7] Lua 5.1 测试套件 - http://www.inf.puc-rio.br/~roberto/lua/lua5.1-tests.tar.gz
• [8] [维基百科：协程 - C 实现]
• [9] [Coco] - 真正的 C 协程语义（用于 LuaJIT 1.x）
• [10] BinToCee
• [11] [计算机语言基准测试游戏]
• [12] LuaInterpreterInLua - Lua 解释器 (lua.c) 在 Lua 中重新实现。
• LuaImplementations - 其他源代码翻译器和 Lua 重新实现