Lua - 基础类型定义

Posted 2021-04-10 Lua探索之旅

静态or动态

在静态类型语言（c/c++、java、c#、golang）里，每个变量必须显式的指定其类型，如下所示：

int a = 1;
string s = "good";

而在动态类型语言（python、lua、php、js）里，不需要为变量指定其类型，如下所示：

a = 1
s = "good"

看上去动态类型更符合用户习惯，用户只需知道value的格式，而不用关心系统内部用什么类型表示。相信每个学过c语言的人，都被指针这个概念迷惑了很久，假如大家一开始学习的是python，我相信会好很多。

静态和动态类型的区别在于类型检查的时机，静态类型一般在编译期执行类型检查，而动态类型在运行时检查类型，这两种方式各有优缺点，这里只说缺点：

• 静态类型：不够灵活，比如C++严重依赖模板泛型编程，最新的c++11以及后续版本几乎全是泛型编程，传统C++程序员几乎要从精通到重新入门。

• 动态类型：过于灵活，一段错误代码如果没被执行到，可能运行几个月都没被人发现，调试不便，需要通读代码才能理解程序。

Lua语言是一门典型的动态类型语言，比如定义函数时不需要写参数类型：

function max(a, b)
  if a>b then return a end
  return b
end

可以看到，动态语言天生具备泛型能力，那么在Lua里如何表示一个变量呢？

Object通用类型

如果能用一种通用类型（比如Object）表达所有类型，那么就相当于为每个变量添加了类型，上面的代码可改写为：

Object a = 1
Object s = "good"

function max(Object a, Object b)
  if a>b then return a end
  return b
end

假定Object类型是编译器自动添加的，那么就和静态类型一致了。现在的问题是如何用Object表示所有类型？

一个被很多人遗忘的C语言关键字union闪亮登场，union用来表示联合体，多个成员共享一份存储空间，以占用空间最大的成员为实际占用空间。

以数值、字符串、table这3种类型为例，代码如下：

struct Object {
  union {
    double num;
    char* str;
    table* tb;
  } value;

  int type;
};

• type存储实际类型

• 数值用num成员

• 字符串用str成员

• table用tb成员

• 以最大成员double为准，一个union占用8个字节
  

这里引出一个新的概念：值类型和引用类型。在C#和java里有这两种概念，值类型一般为基本的int、double、bool等简单类型，引用类型为类、数组、字符串等。

在Lua内部实现里（用户不需要知道这些类型的存在）：

• 值类型包括number、bool、light userdata

• 引用类型包括string、userdata、closure、table、proto、upvalue、thread

用union结构表示时，值类型使用原始类型，引用类型使用指针，如下所示：

struct Object {
  union {
    /*值类型*/
    double num;
    bool b;
    void* light_userdata;

    /*引用类型*/
    string* str;
    userdata* udata;
    closure* cl;
    table* tb;
    proto* p;
    upvalue* upval;
    thread* td;
  };

  int type;
};

这样就能用一种通用类型Object表达所有类型，且区分值类型和引用类型。

实例分析：

a = 1
s = "good"

对应的内部逻辑为：

Object a, s;

Object obj1;
obj1.type = INT;
obj1.num = 1;
a = obj1;

Object objstr;
objstr.type = STRNG;
objstr.str = new string("good")
s = objstr;

假如要对类型进行扩展，比如支持int64，考虑到int64是值类型，扩展后的Object如下所示：

struct Object {
  union {
    /*值类型*/
    double num;
    bool b;
    void* light_userdata;
    int64_t i64;  /* 新增类型 */

    /*引用类型*/
    string* str;
    userdata* udata;
    closure* cl;
    table* tb;
    proto* p;
    upvalue* upval;
    thread* td;
  };

  int type;
};

由于int64和double都是8个字节，Object的大小没有增加。

除了union联合体之外，还可以用类继承方式实现通用类型，比如Python就是通过PyObject*表示所有类型，代码如下：

typedef struct _object {
  PyObject_HEAD
} PyObject;

typedef struct {
  PyObject_HEAD
  long ob_ival;
} PyIntObject;

typedef struct {
  PyObject_VAR_HEAD
  PyObject **ob_item;
  Py_ssize_t allocated;
} PyListObject;

可以看到，PyIntObject和PyListObject的第一个字段是PyObject，这样变相实现了C++的继承语法，任何需要类型的地方的都可以用PyObject*代替。

关于动态语言的通用类型介绍到这里，各位有什么想法或建议可以留言哦~~