自己动手实现Lua

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出版者:机械工业出版社
作者:张秀宏
出品人:
页数:412
译者:
出版时间:2018-1-1
价格:89.00
装帧:平装-文库
isbn号码:9787111610229
丛书系列:自己动手系列
图书标签:
  • 编译原理
  • Lua
  • 计算机
  • 虚拟机
  • lua
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  • 实战教程
  • 代码实现
  • 开发入门
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具体描述

本书是一本面向Lua程序员和脚本语言爱好者的语言自制指南和实战宝典。

全书将带给读者3个维度的收获:

维度1:深入理解Lua语言本身作者融合自己丰富的工程实践经验,详细阐述了Lua语言的核心语法和实现原理,深入探讨了Lua虚拟机、编译器和标准库的实现,并给出了实际可以编译执行的代码。

维度2:从零开始实现一门脚本语言本书以Lua语言为例,系统、完整地(涵盖虚拟机、编译器和标准库)讲解了如何零基础编写一门脚本语言,帮助读者彻底理解脚本语言的工作原理。

维度3:提升Go和Java语言编程能力本书分别用Go语言和Java语言来实现Lua,包含大量对Go和Java的使用,有很多巧妙的设计,能帮助读者提升Go和Java的编程能力。

全书共21章,分为3个部分:

第一部分(第1-13章)主要讲解LuaAPI和虚拟机的实现,包括二进制chunk格式、Lua虚拟机指令集、元编程、错误处理等。

第二部分(第14-17章)主要讨论Lua语法和编译器的实现,包括词法分析、语法分析、代码优化、代码生成等。

第三部分(第18-21章)主要讲解Lua辅助API和标准库实现,包括基础库、实用工具库、包和模块、协程等。

深入剖析编程语言核心:从零构建一个脚本引擎的实战指南 书名: 编程语言的秘密:手把手构建一个高效能的动态脚本解释器 图书简介: 在这个信息爆炸的时代,软件系统的复杂性日益攀升,对于轻量级、可嵌入且易于扩展的脚本语言的需求比以往任何时候都更为迫切。许多开发者热衷于使用成熟的语言,却很少有机会真正窥见这些工具背后的运作机制。本书并非聚焦于特定现有语言的特性或应用技巧,而是将视角转向计算机科学的核心领域——程序语言的实现原理。 本书旨在为具有一定编程基础(精通至少一门主流编程语言,如 C、C++ 或 Rust)的读者提供一条清晰的路径,引导他们亲手设计、实现并优化一个完整的、具备现代脚本语言特性的虚拟机(Virtual Machine, VM)和解释器。我们不假定读者对编译原理或解释器设计有深入了解,而是通过一个循序渐进的实战项目,将晦涩的理论转化为可操作的代码。 核心内容聚焦: 第一部分:基础架构的搭建——从概念到骨架 本部分将打下坚实的基础,明确我们即将构建的脚本语言(我们称之为“NovaScript”)的语法和语义目标。 1. 语言设计哲学与目标设定: 探讨如何确定一个脚本语言的定位(例如,是面向配置、游戏逻辑还是通用嵌入),并据此定义变量作用域、类型系统和控制结构。 2. 词法分析器(Lexer)的构建: 如何将原始源代码字符串转化为有意义的“Token流”。我们将详细讲解有限自动机(Finite Automata)在识别关键字、标识符、数字和操作符中的应用,并实现一个健壮的、能处理Unicode和复杂注释的词法分析器。 3. 语法分析器(Parser)的实现: 将 Token 流转化为结构化的抽象语法树(Abstract Syntax Tree, AST)。重点讲解如何选择和实现合适的解析技术,例如递归下降解析法(Recursive Descent Parsing)。我们将深入探讨如何处理上下文相关的语法规则和左递归问题。 4. AST 的遍历与表示: 如何有效地在内存中表示程序结构,并为后续的字节码生成或直接解释做准备。 第二部分:解释器的核心引擎——虚拟机的诞生 这是本书的核心所在,我们将从软件层面构建一个能够执行指令的“中央处理器”。 1. 指令集架构(ISA)的设计: 设计出适合 NovaScript 的低级指令集。我们将对比栈机模型(Stack Machine)和寄存器机模型(Register Machine)的优劣,并选择一种模型进行深入实现。指令设计将涵盖基本的算术运算、逻辑操作、内存访问(加载/存储)和流程控制。 2. 虚拟机架构的搭建: 实现一个能够容纳程序状态的运行时环境。这包括: 指令指针(IP)/程序计数器(PC): 跟踪下一条要执行的指令。 操作数栈(Operand Stack): 用于处理栈机模型的中间计算结果。 内存模型与堆管理: 初步引入动态内存分配的概念。 3. 字节码的生成与执行循环(The Main Loop): 将 AST 转化为紧凑的字节码序列,并实现高效的“Fetch-Decode-Execute”循环。我们将对比直接解释器(Direct Interpreter)和基于分派器的优化(例如,Jump Tables)。 第三部分:运行时环境与高级特性 一个实用的脚本语言需要强大的运行时支持,包括内存管理和函数调用机制。 1. 值类型与动态类型系统: 实现一个统一的“值”结构(Value Union/Variant),用于表示整数、浮点数、布尔值、字符串以及未来可能引入的复杂对象。探讨如何安全地进行类型检查和隐式转换。 2. 函数调用与闭包机制: 这是实现高级语言特性的关键。我们将详细讲解调用栈(Call Stack)的运作方式,如何管理局部变量、参数传递,以及栈帧(Stack Frame)的创建与销毁。特别地,我们将探索如何捕捉并实现词法作用域(Lexical Scoping),从而构建闭包(Closures)。 3. 垃圾回收(Garbage Collection, GC)的初步实现: 在动态语言中,手动内存管理是灾难性的。本书将引入一种简易但有效的垃圾回收策略,如引用计数(Reference Counting),并讨论其局限性,为读者理解更复杂的标记-清除算法打下基础。 第四部分:扩展性与性能优化 真正的脚本语言需要与宿主系统(Host System)进行交互,并具备一定的执行效率。 1. 宿主语言绑定(Foreign Function Interface, FFI)的实现: 学习如何安全地暴露 C/C++ 级别的函数给脚本环境调用,并处理数据类型之间的转换桥接。 2. 性能考量:即时编译(JIT)的入门探讨: 虽然本书主要关注解释器,但我们将用一章的篇幅概述 JIT 的基本原理(例如,基于踪迹(Tracing)或基于方法的(Method-based)),指出如何优化热点代码路径,为读者未来进阶到编译优化打下理论基础。 3. 调试与错误报告系统: 实现清晰的错误堆栈跟踪,让用户能够定位到源代码中的错误位置,这对于任何生产级语言都是必不可少的。 本书的独特价值: 本书的核心优势在于其“自下而上”的实践导向。读者不会被动地接受既定框架,而是亲手定义每一个组件的结构和行为——从 Token 的边界到 VM 的时钟周期。通过完成这个项目,读者将获得对程序是如何被计算机理解和执行的最深刻洞察,远超单纯学习特定语言语法能带来的知识深度。这不仅是一本关于构建解释器的书,更是关于理解计算机科学核心抽象层面的实战手册。

作者简介

张秀宏

服务器开发工程师,有多年的Java和游戏服务器开发和架构经验,对高级语言虚拟机有非常深入的研究。曾在EA、乐元素等游戏公司担任高级服务器工程师,现任某创业公司架构师。

曾于2016年6月出版《自己动手写Java虚拟机》一书,广受读者好评,并多次重印。《自己动手实现Lua:虚拟机、编译器、标准库》是他时隔两年之后推出的又一力作。

目录信息

前言
第一部分 准备
第1章 准备工作
1.1 准备开发环境
1.2 准备目录结构
1.3 本章小结
第二部分 Lua虚拟机和Lua API
第2章 二进制chunk
2.1 什么是二进制chunk
2.2 luac命令介绍
2.3 二进制chunk格式
2.4 解析二进制chunk
2.5 测试本章代码
2.6 本章小结
第3章 指令集
3.1 指令集介绍
3.2 指令编码格式
3.3 指令解码
3.4 测试本章代码
3.5 本章小结
第4章 Lua API
4.1 Lua API介绍
4.2 Lua栈
4.3 Lua State
4.4 测试本章代码
4.5 本章小结
第5章 Lua运算符
5.1 Lua运算符介绍
5.2 自动类型转换
5.3 扩展LuaState接口
5.4 测试本章代码
5.5 本章小结
第6章 虚拟机雏形
6.1 添加LuaVM接口
6.2 实现Lua虚拟机指令
6.3 指令分派
6.4 测试本章代码
6.5 本章小结
第7章 表
7.1 表介绍
7.2 表内部实现
7.3 表相关API
7.4 表相关指令
7.5 测试本章代码
7.6 本章小结
第8章 函数调用
8.1 函数调用介绍
8.2 函数调用栈
8.3 函数调用API
8.4 函数调用指令
8.5 测试本章代码
8.6 本章小结
第9章 Go函数调用
9.1 Go函数登场
9.2 Lua注册表
9.3 全局环境
9.4 测试本章代码
9.5 本章小结
第10章 闭包和Upvalue
10.1 闭包和Upvalue介绍
10.2 Upvalue底层支持
10.3 Upvalue相关指令
10.4 测试本章代码
10.5 本章小结
第11章 元编程
11.1 元表和元方法介绍
11.2 支持元表
11.3 调用元方法
11.4 扩展Lua API
11.5 测试本章代码
11.6 本章小结
第12章 迭代器
12.1 迭代器介绍
12.2 next()函数
12.3 通用for循环指令
12.4 测试本章代码
12.5 本章小结
第13章 异常和错误处理
13.1 异常和错误处理介绍
13.2 异常和错误处理API
13.3 error()和pcall()函数
13.4 测试本章代码
13.5 本章小结
第三部分 Lua语法和编译器
第14章 词法分析
14.1 编译器介绍
14.2 Lua词法介绍
14.3 实现词法分析器
14.4 LookAhead()和其他方法
14.5 测试本章代码
14.6 本章小结
第15章 抽象语法树
15.1 抽象语法树介绍
15.2 Chunk和块
15.3 语句
15.4 表达式
15.5 本章小结
第16章 语法分析
16.1 语法分析介绍
16.2 解析块
16.3 解析语句
16.4 解析表达式
16.5 测试本章代码
16.6 本章小结
第17章 代码生成
17.1 定义funcInfo结构体
17.2 编译块
17.3 编译语句
17.4 编译表达式
17.5 生成函数原型
17.6 使用编译器
17.7 测试本章代码
17.8 本章小结
第四部分 Lua标准库
第18章 辅助API和基础库
18.1 Lua标准库介绍
18.2 辅助API
18.3 基础库
18.4 测试本章代码
18.5 本章小结
第19章 工具库
19.1 数学库
19.2 表库
19.3 字符串库
19.4 UTF-8库
19.5 OS库
19.6 本章小结
第20章 包和模块
20.1 包和模块介绍
20.2 实现包库
20.3 测试本章代码
20.4 本章小结
第21章 协程
21.1 协程介绍
21.2 协程API
21.3 实现协程库
21.4 测试本章代码
21.5 本章小结
附录A Lua虚拟机指令集
附录B Lua语法EBNF描述
后记
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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我一直认为,要真正掌握一门编程语言,就必须理解它的“幕后故事”。《自己动手实现Lua》恰恰提供了一个绝佳的视角来窥探Lua语言的内部世界。这本书的内容深度恰到好处,既不会过于学术化而让人望而却步,也不会流于表面而缺乏实际指导意义。作者在讲解Lua的抽象语法树(AST)时,并没有仅仅停留在理论层面,而是提供了构建AST的详细步骤,并展示了如何将AST转化为Lua的字节码。 令我印象深刻的是,书中关于Lua元表(metatable)的实现分析。元表是Lua实现面向对象编程和实现各种高级特性的基石,其底层机制一直是我比较困惑的地方。作者通过对Lua虚拟机如何查找和应用元表的详细讲解,以及如何通过元表来实现操作符重载和继承等,让我对Lua的元编程能力有了更深刻的理解。我按照书中的步骤,尝试修改了Lua的算术运算,通过元表来改变数字的加法行为,这种实践极大地增强了我对Lua灵活性的认知。这本书不仅仅是一本关于Lua实现的教程,更是一本关于如何理解和改造一门语言的哲学指南。

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编程语言的实现,对我来说一直是一个充满魅力的领域。《自己动手实现Lua》这本书,就像是为我打开了Lua这扇通往魅力的门。作者的叙述方式非常棒,他没有回避复杂的细节,而是用一种非常清晰、有条理的方式,将Lua解释器的各个组成部分呈现在读者面前。我尤其喜欢书中关于Lua的函数定义和调用的机制的讲解。作者详细解释了Lua是如何处理函数参数的传递、局部变量的创建以及函数返回值的处理,这让我对Lua的函数式特性有了更深刻的理解。 书中关于Lua的表(table)的实现,更是让我惊叹不已。作者深入剖析了Lua如何高效地实现键值对的存储和查找,以及如何利用数组部分和哈希表部分来优化表的性能。我甚至尝试按照书中的指导,修改了Lua表的查找算法,让它可以支持一些自定义的查找逻辑。这种实践让我对Lua的底层数据结构有了更深的认识,也让我明白了,Lua之所以能够如此灵活,很大程度上归功于其巧妙的表实现。这本书不仅让我看到了Lua的“肌肉”,更让我学会了如何“锻炼”这块肌肉。

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这本书的出现,就像是在我寻找Lua“武功秘籍”的道路上,突然出现了一位绝世高人,慷慨地将毕生所学倾囊相授。我是一名业余的Lua开发者,平时主要用Lua来做一些游戏脚本的编写,虽然能够熟练运用Lua的各种特性,但内心深处总觉得少了点什么——那就是对Lua“骨架”的理解。阅读《自己动手实现Lua》的过程,就像是为我打开了一个全新的世界。作者的讲解逻辑严谨,从最基础的词法分析器开始,一步一步地构建出一个功能齐全的Lua解释器,中间穿插了大量对Lua设计哲学的探讨。 让我印象最深刻的是关于Lua协程的部分。协程在Lua中的应用非常广泛,但其底层的实现原理却常常令人费解。作者通过对Lua协程状态机和上下文切换的详细阐述,将这个看似复杂的概念变得触手可及。我跟着书中的示例,尝试手动模拟协程的创建和切换过程,这种亲身实践带来的成就感是无与伦比的。此外,书中关于Lua内存管理的章节也为我揭示了Lua如何高效地处理内存,这对于优化我的Lua程序性能有着至关重要的指导意义。这本书不是那种“拿来即用”的速成指南,而是需要耐心和思考的深度学习材料,但付出后的回报绝对是物超所值的。

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作为一名长期活跃在游戏开发领域的程序员,Lua一直是我的得力助手。然而,随着项目越来越复杂,我对Lua的理解也从“如何使用”升级到了“它到底是如何工作的”。《自己动手实现Lua》正好填补了这一知识空白。作者的语言风格非常平易近人,即使是像编译器前端这样可能听起来很枯燥的技术,在他的笔下也变得生动有趣。他没有使用过于晦涩的专业术语,而是通过大量的图示和代码示例来辅助说明,这对于我这样一个不太喜欢死记硬背的人来说,简直是福音。 我尤其欣赏作者在讲解Lua的闭包机制时所采用的方法。闭包是函数式编程的一个核心概念,也是Lua中非常强大的一个特性。书中对Lua闭包的实现原理进行了深入的剖析,包括作用域链、环境表等关键概念,让我茅塞顿开。通过书中的例子,我甚至可以自己动手实现一个简单的闭包,这种“解构”和“重构”的学习方式,让我对Lua的理解更上了一层楼。这本书不仅让我看到了Lua的“心脏”在跳动,更让我学会了如何像一个Lua的“创造者”那样去思考问题,这对于我未来在Lua相关的开发方向上无疑会产生深远的影响。

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这本书简直就是为像我这样的Lua爱好者量身定做的!我一直对Lua的底层机制感到好奇,但市面上讲解这类深入内容的资料却少之又少。拿到《自己动手实现Lua》之后,我迫不及待地翻开,第一感觉就是“对味了”。作者没有像很多教程那样直接堆砌API和语法糖,而是循序渐进地引导我理解Lua的虚拟机是如何工作的,从词法分析、语法分析到字节码的生成和执行,每一步都清晰明了。我尤其喜欢作者在讲解虚拟机指令集的部分,他不仅仅列出了指令,更重要的是解释了每一条指令背后的意义以及它们是如何协同工作的,这让我对Lua的执行流程有了一个全新的认识。 更让我惊喜的是,作者并没有止步于对现有Lua实现的分析,而是鼓励读者动手去修改甚至重写部分组件。书中提供了一些非常实用的示例代码,让我能够将理论知识转化为实践。例如,我跟着书中的指导,尝试修改了Lua的字符串处理部分,这让我深刻体会到了动态语言在设计上的灵活性和挑战性。我记得有一个章节是关于Lua的垃圾回收机制,作者用非常形象的比喻解释了标记-清除算法,让我这个之前对GC一窍不通的人也能豁然开朗。这本书的每一个章节都像是一个小小的探险,我从中不仅学到了Lua的内部运作原理,更激发了我对计算机科学更深层次的思考。

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我一直对编程语言的“生命”运作方式非常着迷,从词法分析、语法分析到最终的可执行代码,这个过程就像是一场精彩的化学反应。《自己动手实现Lua》这本书,就像是为我打开了这扇神秘的大门。作者的叙述风格非常清晰,他没有回避那些可能让初学者感到头疼的复杂概念,而是用一种循序渐进、耐心讲解的方式,将它们变得易于理解。我尤其欣赏他在解释Lua的栈(stack)模型时所使用的比喻,这让我很快就抓住了Lua虚拟机操作数据的核心方式。 书中关于Lua的错误处理和调试机制的章节,更是让我受益匪浅。作者不仅介绍了Lua内置的错误处理机制,还指导读者如何构建自己的调试器。我尝试按照书中的指导,为一个简单的Lua程序添加断点和变量监视功能,这个过程让我对Lua的运行状态有了更直观的认识。此外,书中对Lua的GC(垃圾回收)算法的深入分析,也让我明白了Lua是如何在保证性能的同时,有效地管理内存的。这本书的实用性和理论性结合得非常好,它不仅让我学会了Lua的“如何”,更让我理解了Lua的“为什么”。

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在我学习Lua的旅程中,一直有一个挥之不去的问题:Lua的执行效率为何如此之高?《自己动手实现Lua》这本书,为我揭开了这个谜底。《自己动手实现Lua》的作者,凭借其深厚的功底,将Lua解释器从无到有地呈现在读者面前,让我看到了Lua引擎跳动的“心脏”。我尤其喜欢书中关于Lua的字节码优化和代码生成的章节。作者详细介绍了Lua如何将高级的Lua代码转换为低级的字节码,以及在这个过程中进行的各种优化,例如常量折叠、死代码消除等。 我跟着书中的代码,尝试修改了Lua的字节码生成器,让它可以生成一些特定优化的指令。这种动手实践让我对Lua的编译器设计有了更深入的理解,也让我认识到,语言的效率往往体现在其底层的实现细节之中。此外,书中对Lua的函数调用机制和栈帧管理的精细描绘,也让我理解了Lua函数调用为何如此快速。这本书不仅仅是教我如何实现Lua,更重要的是,它教会了我如何去思考一个高效的虚拟机应该具备哪些要素。

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在我看来,《自己动手实现Lua》这本书的价值,远不止于它所讲述的Lua的内部实现。它更像是一本关于“如何思考”的编程艺术指南。作者以一种非常结构化的方式,将一个完整的解释器项目拆解成一个个可以独立理解的模块,从词法分析到代码生成,再到虚拟机执行,每一步都充满了巧思。我特别喜欢作者在讲解Lua的字符串和表(table)数据结构时,对内存分配和垃圾回收策略的细致描述。这让我明白,Lua之所以能够如此高效,并非偶然,而是源于其精巧的设计。 书中有一章专门讨论了Lua的模块系统,作者通过分析Lua的`require`函数和模块加载机制,揭示了Lua如何实现代码的组织和复用。我跟着书中的例子,尝试自己实现一个简单的模块加载器,这种实践让我对Lua的模块化开发有了全新的认识。我不再仅仅满足于使用`require`,而是开始思考如何设计更高效、更灵活的模块化方案。这本书的内容非常扎实,每一页都蕴含着作者的深厚功力,阅读它,就像是在和一位经验丰富的工匠一起打磨一件艺术品,每一个细节都值得细细品味。

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在我看来,理解一门编程语言的实现原理,是掌握这门语言的最高境界。《自己动手实现Lua》这本书,正是通往这一境界的绝佳阶梯。作者的写作风格非常严谨,他从最基础的词法分析器开始,一步一步地构建起一个功能完备的Lua解释器。我尤其喜欢书中关于Lua的控制流语句,如if、while、for的解析和字节码生成过程的讲解。作者通过详细的图示和代码示例,清晰地展示了这些语句在Lua虚拟机中是如何被翻译和执行的。 书中对Lua的语法糖,例如for循环的隐式转换等,进行了深入的剖析。作者解释了这些语法糖是如何被编译器转化为更底层的指令,从而实现其功能。我跟着书中的例子,尝试修改了Lua的for循环,让它可以支持一些自定义的迭代逻辑。这种亲身实践的学习方式,让我对Lua的编译器设计有了全新的认识,也让我明白了,很多看似简单的语法特性,背后都蕴含着精巧的设计。这本书不仅让我看到了Lua的“骨架”,更让我学会了如何“塑造”这副骨架。

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一直以来,我都在寻找一本能够让我深入理解Lua“内在”的书。《自己动手实现Lua》这本书,无疑是我的不二之选。作者的讲解风格非常到位,他没有像其他一些书籍那样,只是简单地罗列Lua的特性,而是从构建一个完整的Lua解释器的角度,系统地阐述了Lua的方方面面。我尤其欣赏作者在讲解Lua的变量作用域和环境(environment)时,所采用的深入分析。他详细解释了Lua如何处理局部变量、全局变量以及它们与闭包之间的关系,这让我对Lua的变量管理有了更清晰的认识。 书中关于Lua的字符串插值和格式化输出的实现,也让我大开眼界。作者通过对Lua内部字符串处理函数的实现讲解,以及如何利用元表来重载字符串操作,让我明白了Lua的灵活性和强大之处。我甚至尝试按照书中的指导,修改了Lua的字符串格式化函数,让它能够支持更多的格式化选项。这种“解构”与“重构”的学习方式,让我对Lua的理解提升到了一个新的层次。这本书就像是一本“Lua的解剖学”教程,让我能够看到Lua的每一个“器官”是如何工作的。

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真的是手把手的,推荐自己实现一次,了解虚拟机原理

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感觉过誉了

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挺好的,不过稍微有点厚,全部读完还是需要一点耐心的。

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(〃 ̄ω ̄〃ゞ 对我毕设帮助很大,但是这本书代码生成那块感觉没讲好。因为使用rust实现,后面实现思路差异很大。代码生成debug了好久,幸好答辩时候许多语法已经能正常生成字节码

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这本书内容深入简出,结合Lua实现,对词法分析、语法分析编译原理进行了讲解。通过阅读本书,对编译原理进行了回顾,对Go语言编程技术也进一步得到巩固。特别是书的第三部分,我还需要反复学习。

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