ВКР Реализация основных функций высокоуровневого языка программирования с дальнейшим преобразованием их в язык Lua

Оригинал документа в pdf, конвертация в Word автоматическая (в word могут быть недочеты, которые вы легко исправите самостоятельно)

В данной работе создан прототип расширения синтаксиса для языка программирования Lua, которой при компиляции преобразовывается в необработанный Lua. В процессе анализа синтаксиса, семантики и стандартной библиотеки Lua, были выявлены недостатки, которые нужно будут исправлены в прототипе. Синтаксис языка был значительно расширен, в него добавлены некоторые функции из популярных объектно-ориентированных языков программирования, например быстрая проверка существования объектов и упрощенные анонимные функции. Добавлена простая версия статической типизации, позволяющая избежать ошибок во время выполнения программы, когда переменная не была ожидаемого типа. Добавлена поддержка создания классов. Классы позволяют наследовать логику от классов и объектов Lua, реализовать интерфейсы, а так же включать поля и методы из других Lua объектов. Наконец, на основе классов, была добавлена стандартная библиотека, позволяющая упростить работу с простейшими типами данных. Все расширения языка направлены на улучшение работы с языком Lua в проектах среднего и большого размера

Lua - это скриптовый язык программирования, одной из ключевых

оссобенностей которого является его простота в обучении и небольшой размер, что позволяет даже начинающим программистам быстро научиться создавать собственные программы. Одно из самых популярных применений языка Lua – это его использование в создании видеоигр. Наиболее известные игровые онлайн-платформы, использующие Lua: Roblox и Garry’s Mod.

Например, Roblox – игровая платформа с более 200 миллионами активных пользователей [1], которая позволяет создавать свои собственные и играть в созданные другими пользователями игры. Игры в Roblox создаются в среде объектно-ориентированного программирования (ООП), использующей язык программирования Lua.

Однако игры бывают разных размеров, и по мере того, как размер игры растет, разработчики вскоре начинают понимать, что простота языка является не только достоинством, но и недостатком. Самыми очевидными из недостатков Lua в разработке средних и больших игр являются громоздкий синтаксис, отсутствие статической типизации, отсутствие поддержки программирования на основе классов и маленькая стандартная библиотека.

Подобные недостатки аналогичного языка JavaScript послужили причиной создания TypeScript [2] - статически типизированной версии с дополненными функциями синтаксиса.

Соответственно, актуальность дипломной работы заключается в востребованности улучшенной версии языка Lua для использования в разработке видеоигр среднего и большого размера.

Цель работы - создать прототип языка программирования, который исправит недостатки синтаксиса, добавит систему работы с классами, базовую статическую типизацию и расширит стандартную библиотеку. Код созданных программ на языке-прототипе будет преобразовываться в программный код Lua.

Задачами дипломной работы в связи с указанной целью являются:

- Проанализировать недостатки Lua и выявить проблемы, которые

необходимо решить;

- Расширить стандартный функционал Lua, спроектировав новый

синтаксис, который позволит создать классы, статические типы, синтаксический сахар;

- Создать компилятор, который будет выполнять статическую проверку типов для классов и переменных, а также преобразовывать код прототипа в код Lua;

- Улучшить стандартную библиотеку, добавив туда новые модули,

основанные на классовой системе.

Данная работа прошла апробацию на конференции ИТТММ-2021.

Введение ................................................................................................................... 2 1 Обзор Lua, его экосистемы и похожих решений ............................................... 4

1.1 История создания .......................................................................................... 4 1.2 Lua в разработке игр ..................................................................................... 5 1.3 Обзор похожих решений............................................................................... 9

2 Анализ недостатков Lua .................................................................................... 12 2.1 Анализ синтаксиса ...................................................................................... 13 2.2 Анализ семантики языка ............................................................................ 17 2.3 Анализ стандартной библиотеки и объектно ориентированного

программирования ............................................................................................ 19

3 Создание прототипа ........................................................................................... 26 3.1 Создание синтаксиса для прототипа ......................................................... 26 3.2 Компиляция кода прототипа ....................................................................... 36 3.2.1 Токенизация и создание синтаксического дерева ................................. 37 3.2.2 Система типизации .................................................................................. 40 3.2.3 Преобразование в код Lua ....................................................................... 43 3.3 Создание стандартной библиотеки для работы с таблицами ................. 49 Заключение ............................................................................................................. 53