深入理解Lua虚拟机

Posted 2020-12-08 kekec

为了达到较高的执行效率，lua代码并不是直接被Lua解释器解释执行，而是会先编译为字节码，然后再交给lua虚拟机去执行

lua代码称为chunk，编译成的字节码则称为二进制chunk（Binary chunk）

lua.exe、wlua.exe解释器可直接执行lua代码（解释器内部会先将其编译成字节码），也可执行使用luac.exe将lua代码预编译（Precompiled）为字节码

使用预编译的字节码并不会加快脚本执行的速度，但可以加快脚本加载的速度，并在一定程度上保护源代码

luac.exe可作为编译器，把lua代码编译成字节码，同时可作为反编译器，分析字节码的内容

 

luac.exe -v  // 显示luac的版本号

luac.exe Hello.lua  // 在当前目录下，编译得到Hello.lua的二进制chunk文件luac.out（默认含调试符号）

luac.exe -o Hello.out Hello1.lua Hello2.lua // 在当前目录下，编译得到Hello1.lua和Hello2.lua的二进制chunk文件Hello.out（默认含调试符号）

luac.exe -s -o d:Hello.out Hello.lua  // 编译得到Hello.lua的二进制chunk文件d:Hello.out（去掉调试符号）

luac.exe -p Hello1.lua Hello2.lua  // 对Hello1.lua和Hello2.lua只进行语法检测（注：只会检查语法规则，不会检查变量、函数等是否定义和实现，函数参数返回值是否合法）

 

lua编译器以函数为单位对源代码进行编译，每个函数会被编译成一个称之为原型（Prototype）的结构

原型主要包含6部分内容：函数基本信息（basic info，含参数数量、局部变量数量等信息）、字节码（bytecodes）、常量（constants）表、upvalue（闭包捕获的非局部变量）表、调试信息（debug info）、子函数原型列表（sub functions）

原型结构使用这种嵌套递归结构，来描述函数中定义的子函数

注：lua允许开发者可将语句写到文件的全局范围中，这是因为lua在编译时会将整个文件放到一个称之为main函数中，并以它为起点进行编译

Hello.lua源代码如下：

1 print ("hello")
2 
3 function add(a, b)
4     return a+b
5 end

 

编译得到的Hello.out的二进制为：

二进制chunk（Binary chunk）的格式并没有标准化，也没有任何官方文档对其进行说明，一切以lua官方实现的源代码为准。

其设计并没有考虑跨平台，对于需要超过一个字节表示的数据，必须要考虑大小端（Endianness）问题。

lua官方实现的做法比较简单：编译lua脚本时，直接按照本机的大小端方式生成二进制chunk文件，当加载二进制chunk文件时，会探测被加载文件的大小端方式，如果和本机不匹配，就拒绝加载.

二进制chunk格式设计也没有考虑不同lua版本之间的兼容问题，当加载二进制chunk文件时，会检测其版本号，如果和当前lua版本不匹配，就拒绝加载

另外，二进制chunk格式设计也没有被刻意设计得很紧凑。在某些情况下，一段lua代码编译成二进制chunk后，甚至会被文本形式的源代码还要大。

预编译成二进制chunk主要是为了提升加载速度，因此这也不是很大的问题.

 

头部字段：

字段	字节数	值	解释
签名（signature）	byte[4]	0x1B4C7561	二进制chunk文件的魔数，分别是ESC、L、u、a的ASCII码
版本号（version）	byte	0x53	lua语言的版本号由3部分组成：大版本号（Major Version）、小版本号（Minor Version）和发布号（Release Version） 比如：当前lua的版本号为5.3.5，那么大版本号为5，小版本号为3、发布号为5 由于发布号的增加只是为了修复bug，不会对二进制chunk文件格式进行调整，因此版本号（version）只存储了大版本号和小版本号
格式号（format）	byte	0x00	二进制chunk文件的格式号 lua虚拟机在加载二进制chunk时，会检查其格式号，如果和虚拟机本身的格式号不匹配，就会拒绝加载该文件
luacData	byte[6]	0x19930D0A1A0A	其中前两个字节0x1993，是lua1.0发布的年份；后四个字节依次是回车符（0x0D）、换行符（0x0A）、替换符（0x1A）和另一个换行符
cintSize	byte	0x04	cint数据类型size
sizeSize	byte	0x04	size_t数据类型size
instructionSize	byte	0x04	lua虚拟机指令size
luaIntegerSize	byte	0x08	lua整型size
luaNumberSize	byte	0x08	lua浮点数size
lua整数值（luacInt）	int64	0x7856000000000000	加载二进制chunk文件时，会用该字段检测其大小端和本机是否匹配
格式号（luacNum）	float64	0x0000000000287740	浮点数值为370.5 加载二进制chunk文件时，会用该字段检测其使用的浮点数格式（目前主流平台一般都采用IEEE754浮点数格式）

嵌套的函数原型： 

0B4048656C6C6F2E6C7561			源文件名Hello.lua；-s去掉调试信息后，该项数值为：00
main	00000000 00000000		main函数起始行列号
	00		函数参数个数
	01		函数为不定参数
	02		寄存器数量
	06000000		函数指令数目
	06004000		第1条指令
	41400000		第2条指令
	24400001		第3条指令
	2C000000		第4条指令
	08000081		第5条指令
	26008000		第6条指令
	03000000		常量数目
	04		第1个常量tag，04表示字符串
	067072696E74		第1个常量内容
	04		第2个常量tag，04表示字符串
	0668656C6C6F		第2个常量内容
	04		第3个常量tag，04表示字符串
	04616464		第3个常量内容
	01000000		Upvalue数目
	0100		第1个Upvalue
	01000000		子函数原型数目
	add	03000000 05000000	add函数起始行列号
		02	函数参数个数
		00	函数为不定参数
		03	寄存器数量
		03000000	函数指令数目
		8D400000	第1条指令
		A6000001	第2条指令
		26008000	第3条指令
		00000000	常量数目
		00000000	Upvalue数目
		00000000	子函数原型数目
		03000000	行号数目；-s去掉调试信息后，该项数值为：00000000；为0时下面的信息也都没有
		04000000	第1条指令行号
		04000000	第2条指令行号
		05000000	第3条指令行号
		02000000	局部变量数目；-s去掉调试信息后，该项数值为：00000000；为0时下面的信息也都没有
		0261	第1个局部变量名称
		00000000	第1个局部变量起始指令索引
		03000000	第1个局部变量终止指令索引
		0262	第2个局部变量名称
		00000000	第2个局部变量起始指令索引
		03000000	第2个局部变量终止指令索引
		00000000	Upvalue名称数目；-s去掉调试信息后，该项数值为：00000000；为0时下面的信息也都没有
	06000000		行号数目；-s去掉调试信息后，该项数值为：00000000；为0时下面的信息也都没有
	01000000		第1条指令行号
	01000000		第2条指令行号
	01000000		第3条指令行号
	05000000		第4条指令行号
	03000000		第5条指令行号
	05000000		第6条指令行号
	00000000		局部变量数目；-s去掉调试信息后，该项数值为：00000000；为0时下面的信息也都没有
	01000000		Upvalue名称数目；-s去掉调试信息后，该项数值为：00000000；为0时下面的信息也都没有
	055F454E56		第1个Upvalue名称

注1：二进制chunk中的字符串分为三种情况：

①NULL字符串用0x00表示 

②长度小于等于253（0xFD）的字符串，先用1个byte存储字符串长度+1的数值，然后是字节数组 

③长度大于等于254（0xFE）的字符串，第一个字节是0xFF，后面跟一个8字节size_t类型存储字符串长度+1的数值，然后是字节数组 

注2：常量tag对应表

tag	lua字面量类型	存储类型
0x00	nil	不存储
0x01	boolean	字节（0、1）
0x03	number	lua浮点数
0x13	integer	lua整数
0x04	string	短字符串
0x14	string	长字符串

 

查看二进制chunk中的所有函数（精简模式）： 

luac.exe -l Hello.lua

luac.exe -l Hello.out

注1：每个函数信息包括两个部分：前面两行是函数的基本信息，后面是函数的指令列表

注2：函数的基本信息包括：函数名称、函数的起始行列号、函数包含的指令数量、函数地址

        函数的参数params个数（0+表示函数为不固定参数）、寄存器slots数量、upvalue数量、局部变量locals数量、常量constants数量、子函数functions数量

注3：指令列表里的每一条指令包含指令序号、对应代码行号、操作码和操作数。分号后为luac生成的注释，以便于我们理解指令

注4：整个文件内容被放置到了main函数中，并以它作为嵌套起点

 

查看二进制chunk中的所有函数（详细模式）： 

luac.exe -l -l Hello.lua  注：参数为2个-l

luac.exe -l -l Hello.out  注：详细模式下，luac会把常量表、局部变量表和upvalue表的信息也打印出来 

main <Test2.lua:0,0> (6 instructions at 0046e528)
0+ params, 2 slots, 1 upvalue, 0 locals, 3 constants, 1 function
        序号    代码行    指令
        1       [1]     GETTABUP        0 0 -1  ; _ENV "print"   //GETTABUP A B C  //将upvalues表索引为B:0的upvalue(即：_ENV)中key为常量表索引为C:-1的(即print)，放到寄存器索引为A:0的地方
        2       [1]     LOADK           1 -2    ; "hello"  //LOADK A Bx  //将常量表索引为Bx:-2的hello加载到寄存器索引为A:1的地方
        3       [1]     CALL            0 2 1    ; //CALL A B C  //调用寄存器索引为A:0的函数，参数个数为B:2减1(即1个)，C:1表示无返回值
        4       [5]     CLOSURE         0 0     ; 0046e728      //CLOSURE A Bx  //将子函数原型列表索引为Bx:0的函数地址，放到寄存器索引为A:0的地方
        5       [3]     SETTABUP        0 -3 0  ; _ENV "add"   //SETTABUP A B C  //将upvalues表索引为A:0的upvalue(即：_ENV)中key为常量表索引为B:-3(即add)，设置为寄存器索引为C:0指向的值
        6       [5]     RETURN          0 1        ; //RETURN A B   //B:1表示无返回值
constants (3) for 0046e528:
        序号    常量名
        1       "print"
        2       "hello"
        3       "add"
locals (0) for 0046e528:
upvalues (1) for 0046e528:
        序号    upvalue名    是否为直接外围函数的局部变量    在外围函数调用帧的索引
        0       _ENV        1                               0

function <Test2.lua:3,5> (3 instructions at 0046e728)
2 params, 3 slots, 0 upvalues, 2 locals, 0 constants, 0 functions
        序号    代码行    指令
        1       [4]     ADD             2 0 1    ; //ADD A B C  //将寄存器索引为0、1的两个数相加得到的结果放到寄存器索引为2的地方
        2       [4]     RETURN          2 2        ; //RETURN A B //B:2表示有一个返回值  A:2表示返回值在寄存器索引为2的地方
        3       [5]     RETURN          0 1        ; //RETURN A B //B:1表示无返回值
constants (0) for 0046e728:
locals (2) for 0046e728:
    寄存器索引    起始指令序号  终止指令序号  -1得到实际指令序号    
        0       a       1       4        ; a变量的指令范围为[0, 3]，起始为0表示为传入的参数变量
        1       b       1       4        ; b变量的指令范围为[0, 3]
upvalues (0) for 0046e728:

 

luac.exe -l -  // 从标准设备读入脚本，输完后按回车，然后按Ctrl+Z并回车，会打印出输入内容对应的二进制chunk内容  注：进入输入模式后可按Ctrl+C强制退出

luac.exe -l -- // 使用上次输入，打印出二进制chunk内容

luac.exe -l -l -- // 使用上次输入，详细模式下打印出二进制chunk内容（参数为2个-l）

 

Stack Based VM  vs Rigister Based VM

高级编程语言的虚拟机是利用软件技术对硬件进行的模拟和抽象。按照实现方式，可分为两类：基于栈（Stack Based）和基于寄存器（Rigister Based）。

Java、.NET CLR、Python、Ruby、Lua5.0之前的版本的虚拟机都是基于栈的虚拟机；从5.0版本开始，Lua的虚拟机改成了基于寄存器的虚拟机。

 

一个简单的加法赋值运算：a=b+c

 

基于栈的虚拟机，会转化成如下指令

push b;     // 将变量b的值压入stack
push c;     // 将变量c的值压入stack
add;        // 将stack顶部的两个值弹出后相加，然后将结果压入stack顶
mov a;      // 将stack顶部结果放到a中

所有的指令执行，都是基于一个操作数栈的。你想要执行任何指令时，对不起，得先入栈，然后算完了再给我出栈。

总的来说，就是抽象出了一个高度可移植的操作数栈，所有代码都会被编译成字节码，然后字节码就是在玩这个栈。 好处是实现简单，移植性强。

坏处是指令条数比较多，数据转移次数比较多，因为每一次入栈出栈都牵涉数据的转移。

 

基于寄存器的虚拟机，会转化成如下指令

add a b c; // 将b与c对应的寄存器的值相加，将结果保存在a对应的寄存器中

没有操作数栈这一概念，但是会有许多的虚拟寄存器。这类虚拟寄存器有别于CPU的寄存器，因为CPU寄存器往往是定址的(比如DX本身就是能存东西)，而寄存器式的虚拟机中的寄存器通常有两层含义：

(1)寄存器别名(比如lua里的RA、RB、RC、RBx等)，它们往往只是起到一个地址映射的功能，它会根据指令中跟操作数相关的字段计算出操作数实际的内存地址，从而取出操作数进行计算；

(2)实际寄存器，有点类似操作数栈，也是一个全局的运行时栈，只不过这个栈是跟函数走的，一个函数对应一个栈帧，栈帧里每个slot就是一个寄存器，第1步中通过别名映射后的地址就是每个slot的地址。

好处是指令条数少，数据转移次数少。坏处是单挑指令长度较长。

具体来看，lua里的实际寄存器数组是用TValue结构的栈来模拟的，这个栈也是lua和C进行交互的虚拟栈。

 

lua指令集

Lua虚拟机的指令集为定长（Fixed-width）指令集，每条指令占4个字节（32bits），其中操作码（OpCode）占6bits，操作数（Operand）使用剩余的26bits

Lua5.3版本共有47条指令，按功能可分为6大类：常量加载指令、运算符相关指令、循环和跳转指令、函数调用相关指令、表操作指令和Upvalue操作指令

按编码模式分为4类：iABC（39）、iABx（3）、iAsBx（4）、iAx（1）

4种模式中，只有iAsBx下的sBx操作数会被解释成有符号整数，其他情况下操作数均被解释为无符号整数

操作数A主要用来表示目标寄存器索引，其他操作数按表示信息可分为4种类型：OpArgN、OpArgU、OpArgR、OpArgK

类型	示例	说明
OpArgN	B:1 C A:3 MOVE	不表示任何信息，不会被使用 MOVE指令的C操作数为OpArgN类型
OpArgR	B:1 C A:3 MOVE B:2 C:4 A:1 CONCAT	iABC指令中的B、C操作数，表示寄存器索引
	sBx:-3 A:0 FORLOOP	iAsBx指令中的sBx操作数，表示跳转偏移
OpArgK	Bx:2 A:4 LOADK	LOADK指令中的Bx操作数，表示常量表索引
	B:0x001 C:0x100 A:4 ADD	iABC指令中的B、C操作数 B、C操作数只能使用9bits中的低8位 最高位为1，表示常量表索引 最高位为0，表示寄存器索引
OpArgU	B:0 C:1 A:2 LOADBOOL	表示布尔值、整数值、Upvalue索引、子函数索引等

 

Lua栈索引

 

注1：绝对索引是从1开始由栈底到栈顶依次增长的

注2：相对索引是从-1开始由栈顶到栈底依次递减的（在lua API函数内部会将相对索引转换为绝对索引）

注3：上图栈的容量为7，栈顶绝对索引为5，有效索引范围为：[1, 5]，可接受索引范围为：[1, 7]

注4：Lua虚拟机指令里寄存器索引是从0开始的，而Lua API里的栈索引是从1开始的，因此当需要把寄存器索引当成栈索引使用时，要进行+1

 

Lua State

 

指令表

指令名称	类型	操作码	操作数类型 （B|C|A、Bx|A、sBx|A、Ax）			示例说明	公式
MOVE	iABC	0x00	OpArgR	OpArgN	目标寄存器idx	B:1 C A:3 MOVE  把源寄存器（索引由B指定）里的值移动到目标寄存器（索引有A指定） 常用于局部变量赋值和参数传递	R(A) := R(B)
LOADK	iABx	0x01	OpArgK		目标寄存器idx	Bx:2 A:4 LOADK 给单个寄存器（索引由A指定）设置成常量（其在常量表的索引由Bx指定） 将常量表里的某个常量加载到指定寄存器 在lua中，数值型、字符串型等局部变量赋初始值 （数字和字符串会放到常量表中）	R(A) := Kst(Bx)
LOADKX	iABx	0x02	OpArgN		目标寄存器idx	Bx A:4 LOADKX Ax:585028 EXTRAARG LOADK使用Bx（18bits，最大无符号整数为262143）表示常量表索引 当将lua作数据描述语言使用时，常量表可能会超过这个限制， 为了应对这种情况，lua提供了LOADKX指令 LOADKX指令需要和EXTRAAG指令搭配使用，用后者的Ax（26bits）操作数来指定常量索引	R(A) := Kst(Ax)
LOADBOOL	iABC	0x03	OpArgU	OpArgU	目标寄存器idx	B:0 C:1 A:2 LOADBOOL 给单个寄存器（索引由A指定）设置布尔值（布尔值由B指定） 如果寄存器C为非0则跳过下一条指令	R(A) := (bool)B  if(C) pc++
LOADNIL	iABC	0x04	OpArgU	OpArgN	目标寄存器idx	B:4 C A:0 LOADNIL 将序号[A,A+B]连续B+1个寄存器设置成nil值  用于给连续n个寄存器放置nil值  在lua中，局部变量的默认初始值为nil，LOADNIL指令常用于给连续n个局部变量设置初始值	R(A), R(A+1), ... ,R(A+B) := nil
GETUPVAL	iABC	0x05	OpArgU	OpArgN	目标寄存器idx	B:1 C A:3 GETUPVAL 把当前闭包的某个Upvalue值（索引由B指定）拷贝到目标寄存器（索引由A指定）中	R(A) := Upvalue[B]
GETTABUP	iABC	0x06	OpArgU	OpArgK	目标寄存器idx	B:0 C:0x002 A:3 GETTABUP 把当前闭包的某个Upvalue值（索引由B指定）拷贝到目标寄存器（索引由A指定）中 与GETUPVAL不同的是，Upvalue从表里取值（键由C指定，为寄存器或常量表索引）	R(A) := Upvalue[B][RK(C)]
GETTABLE	iABC	0x07	OpArgR	OpArgK	目标寄存器idx	B:0 C:0x002 A:3 GETTABLE 把表中某个值拷贝到目标寄存器（索引由A指定）中 表所在寄存器索引由B指定，键由C（为寄存器或常量表索引）指定	R(A) := R[B][RK(C)]
SETTABUP	iABC	0x08	OpArgK	OpArgK	目标寄存器idx	B:0x002 C:0x003 A:0 SETTABUP 设置当前闭包的某个Upvalue值（索引由A指定）为寄存器或常量表的某个值（索引由C指定） 与SETUPVAL不同的是，Upvalue从表里取值（键由B指定，为寄存器或常量表索引）	Upvalue[A][RK(B)] := RK(C)
SETUPVAL	iABC	0x09	OpArgU	OpArgN	目标寄存器idx	B:0 C A:3 SETUPVAL 设置当前闭包的某个Upvalue值（索引由B指定）为寄存器的某个值（索引由A指定）	Upvalue[B] := R(A)
SETTABLE	iABC	0x0A	OpArgK	OpArgK	目标寄存器idx	B:0x002 C:0x003 A:1 SETTABLE 给寄存器中的表（索引由A指定）的某个键进行赋值 键和值分别由B和C指定（为寄存器或常量表索引）	R(A)[RK(B)] := RK(C)
NEWTABLE	iABC	0x0B	OpArgU	OpArgU	目标寄存器idx	B:0 C:2 A:4 NEWTABLE 创建空表，并将其放入指定寄存器（索引有A指定） 表的初始数组容量和哈希表容量分别有B和C指定	R(A) := {} (size = B, C)
SELF	iABC	0x0C	OpArgR	OpArgK	目标寄存器idx	B:1 C:0x100 A:2 SELF 把寄存器中对象（索引由B指定）和常量表中方法（索引由C指定）拷贝到相邻的两个目标寄存器中 起始目标寄存器的索引由A指定	R(A+1) := R(B) R(A) := R(B)[RK(C)]
ADD（+，加）	iABC	0x0D	OpArgK	OpArgK	目标寄存器idx	B:0x001 C:0x100 A:4 ADD 对两个寄存器或常量值（索引由B和C指定）进行相加，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）	R(A) := RK(B) + RK(C)
SUB （-，减）	iABC	0x0E	OpArgK	OpArgK	目标寄存器idx	B:0x001 C:0x100 A:4 SUB 对两个寄存器或常量值（索引由B和C指定）进行相减，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）	R(A) := RK(B) - RK(C)
MUL （*，乘）	iABC	0x0F	OpArgK	OpArgK	目标寄存器idx	B:0x001 C:0x100 A:4 MUL 对两个寄存器或常量值（索引由B和C指定）进行相乘，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）	R(A) := RK(B) * RK(C)
MOD (%，求模)	iABC	0x10	OpArgK	OpArgK	目标寄存器idx	B:0x001 C:0x100 A:4 MOD 对两个寄存器或常量值（索引由B和C指定）进行求摸运算，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）	R(A) := RK(B) % RK(C)
POW (^，求幂)	iABC	0x11	OpArgK	OpArgK	目标寄存器idx	B:0x001 C:0x100 A:4 POW 对两个寄存器或常量值（索引由B和C指定）进行求幂运算，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）	R(A) := RK(B) ^ RK(C)
DIV （/，除）	iABC	0x12	OpArgK	OpArgK	目标寄存器idx	B:0x001 C:0x100 A:4 DIV 对两个寄存器或常量值（索引由B和C指定）进行相除，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）	R(A) := RK(B) / RK(C)
IDIV （//，整除）	iABC	0x13	OpArgK	OpArgK	目标寄存器idx	B:0x001 C:0x100 A:4 IDIV 对两个寄存器或常量值（索引由B和C指定）进行相整除，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）	R(A) := RK(B) // RK(C)
BAND （&，与）	iABC	0x14	OpArgK	OpArgK	目标寄存器idx	B:0x001 C:0x100 A:4 BAND 对两个寄存器或常量值（索引由B和C指定）进行求与操作，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）	R(A) := RK(B) & RK(C)
BOR （|，或）	iABC	0x15	OpArgK	OpArgK	目标寄存器idx	B:0x001 C:0x100 A:4 BOR 对两个寄存器或常量值（索引由B和C指定）进行求或操作，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）	R(A) := RK(B) | RK(C)
BXOR （~，异或）	iABC	0x16	OpArgK	OpArgK	目标寄存器idx	B:0x001 C:0x100 A:4 BXOR 对两个寄存器或常量值（索引由B和C指定）进行求异或操作，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）	R(A) := RK(B) ~ RK(C)
SHL （<<，左移）	iABC	0x17	OpArgK	OpArgK	目标寄存器idx	B:0x001 C:0x100 A:4 SHL 索引由B指定的寄存器或常量值进行左移位操作（移动位数的索引由C指定的寄存器或常量值） 并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）	R(A) := RK(B) << RK(C)
SHR （>>，右移）	iABC	0x18	OpArgK	OpArgK	目标寄存器idx	B:0x001 C:0x100 A:4 SHR 索引由B指定的寄存器或常量值进行右移位操作（移动位数的索引由C指定的寄存器或常量值） 并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）	R(A) := RK(B) >> RK(C)
UNM （-，取负数）	iABC	0x19	OpArgR	OpArgN	目标寄存器idx	B:1 C A:3 UNM 对寄存器（索引由B指定）进行取负数操作，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）	R(A) := - R(B)
BNOT （~，取反）	iABC	0x1A	OpArgR	OpArgN	目标寄存器idx	B:1 C A:3 BNOT 对寄存器（索引由B指定）进行取反操作，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）	R(A) := ~ R(B)
NOT	iABC	0x1B	OpArgR	OpArgN	目标寄存器idx	B:1 C A:3 NOT 对寄存器（索引由B指定）进行求非操作，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）	R(A) := not R(B)
LEN	iABC	0x1C	OpArgR	OpArgN	目标寄存器idx	B:1 C A:3 LEN 对寄存器（索引由B指定）进行求长度操作，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）	R(A) := length of R(B)
CONCAT	iABC	0x1D	OpArgR	OpArgR	目标寄存器idx	B:2 C:4 A:1 CONCAT 将连续n个寄存器（起始索引和终止索引由B和C指定）里的值进行拼接 并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）	R(A) := R(B) .. ... .. R(C)
JMP	iAsBx	0x1E	OpArgR		目标寄存器idx	sBx:-1 A JMP 当sBx不为0时，进行无条件跳转 执行pc = pc + sBx（sBx为-1，表示将当前指令再执行一次  注：这将是一个死循环） sBx:0 A:0x001 JMP 当sBx为0时（继续执行后面指令，不跳转） 用于闭合处于开启状态的Upvalue（即：把即将销毁的局部变量的值复制出来，并更新到某个Upvalue中） 当前闭包的某个Upvalue值的索引由A指定
EQ（==）	iABC	0x1F	OpArgK	OpArgK	目标寄存器idx	B:0x001 C:0x100 A:1 EQ 寄存器或常量表（索引由B指定）是否等于寄存器或常量表（索引由C指定） 若结果等于操作数A，则跳过下一条指令	if ((RK(B) == RK(C)) pc++
LT（<）	iABC	0x20	OpArgK	OpArgK	目标寄存器idx	B:0x001 C:0x100 A:1 LT 寄存器或常量表（索引由B指定）是否小于寄存器或常量表（索引由C指定） 若结果等于操作数A，则跳过下一条指令	if ((RK(B) < RK(C)) pc++
LE（<=）	iABC	0x21	OpArgK	OpArgK	目标寄存器idx	B:0x001 C:0x100 A:1 LE 寄存器或常量表（索引由B指定）是否小于等于寄存器或常量表（索引由C指定） 若结果等于操作数A，则跳过下一条指令	if ((RK(B) <= RK(C)) pc++
TEST	iABC	0x22	OpArgN	OpArgU	目标寄存器idx	B C:0 A:1 TEST 判断寄存器（索引由A指定）中的值转换为bool值后，是否和操作数C表示的bool值一致 若结果不一致，则跳过下一条指令	if not (R(A) <=> C) pc++  注：<=>表示按bool值比较
TESTSET	iABC	0x23	OpArgR	OpArgU	目标寄存器idx	B:3  C:0 A:1 TESTSET 判断寄存器（索引由B指定）中的值转换为bool值后，是否和操作数C表示的bool值一致 若结果一致，将寄存器（索引由B指定）中的值复制到寄存器中（索引由A指定），否则跳过下一条指令	if (R(B) <=> C)    R(A) := R(B) else    pc++  注：<=>表示按bool值比较
CALL	iABC	0x24	OpArgU	OpArgU	目标寄存器idx	B:5 C:4 A:0 CALL 被调用函数位于寄存器中（索引由A指定） 传递给被调用函数的参数值也在寄存器中，紧挨着被调用函数，参数个数为操作数B指定 ① B==0，接受其他函数全部返回来的参数 ② B>0，参数个数为B-1 函数调用结束后，原先存放函数和参数值的寄存器会被返回值占据，具体多少个返回值由操作数C指定 ① C==0，将返回值全部返回给接收者 ② C==1，无返回值 ③ C>1，返回值的数量为C-1	R(A), ... ,
TAILCALL	iABC	0x25	OpArgU	OpArgU	目标寄存器idx	函数调用一般通过调用栈来实现。用这种方法，每调用一个函数都会产生一个调用帧。 如果调用层次太深（如递归），容易导致栈溢出。尾递归优化则可以让我们发挥递归函数调用威力的同时，避免调用栈溢出。 利用这种优化，被调函数可以重用主调函数的调用帧，因此可有效缓解调用栈溢出症状。不过该优化只适合某些特定情况。 如：return f(args) 会被编译器优化成TAILCALL指令	return R(A)(R(A+1), ... , R(A+B-1))
RETURN	iABC	0x26	OpArgU	OpArgN	目标寄存器idx	B:4 C  A:2 RETURN 把存放在连续多个寄存器里的值返回给父函数 其中第一个寄存器的索引由操作数A指定，寄存器数量由操作数B指定，操作数C没有使用   需要将返回值推入栈顶 ① B==1，不需要返回任何值 ② B > 1，需要返回B-1个值；这些值已经在寄存器中了，只用再将它们复制到栈顶即可 ③ B==0，一部分返回值已经在栈顶了，只需将另一部分也推入栈顶即可	return R(A),...,R(A+B-2)
FORLOOP	iAsBx	0x27	OpArgR		目标寄存器idx	数值for循环：用于按一定步长遍历某个范围内的数值  如：for i=1,100,2  do  f()  end // 初始值为1，步长为2，上限为100   该指令先给i加上步长，然后判断i是否在范围之内。若已经超出范围，则循环结束；若为超出范围，则将数值拷贝给用户定义的局部变量 然后跳转到循环体内部开始执行具体的代码块	R(A) += R(A+2) if R(A) <?= R(A+1)      pc+=sBx     R(A+3)=R(A) 注：当步长为正数时<?=为<=       当步长为负数时<?=为>=
FORPREP	iAsBx	0x28	OpArgR		目标寄存器idx	数值for循环：用于按一定步长遍历某个范围内的数值  如：for i=1,100,2  do  f()  end // 初始值为1，步长为2，上限为100   该指令的目的是在循环之前预先将i减去步长（得到-1），然后跳转到FORLOOP指令正式开始循环	R(A)-=R(A+2) pc+=sBx
TFORCALL	iABC	0x29	OpArgN	OpArgU	目标寄存器idx	通用for循环： for k,v in pairs(t) do print(k,v) end   编译器使用的第一个特殊变量(generator):f存放的是迭代器，其他两个特殊变量(state):s、(control):var来调用迭代器 把结果保存在用户定义的变量k、v中	R(A+3),...,R(A+2+C) := R(A)(R(A+1),R(A+2))
TFORLOOP	iAsBx	0x2A	OpArgR		目标寄存器idx	通用for循环： for k,v in pairs(t) do print(k,v) end   若迭代器返回的第一个值（变量k）不是nil，则把该值拷贝到(control):var，然后跳转到循环体；若为nil，则循环结束	if R(A+1) ~= nil    R(A)=R(A+1)    pc+=sBx
SETLIST	iABC	0x2B	OpArgU	OpArgU	目标寄存器idx	SETTABLE是通用指令，每次只处理一个键值对，具体操作交给表去处理，并不关心实际写入的是表的hash部分还是数组部分。 SETLIST则是专门给数组准备的，用于按索引批量设置数组元素。其中数组位于寄存器中，索引由操作数A指定； 需要写入数组的一系列值也在寄存器中，紧挨着数组，数量由操作数B指定；数组起始索引则由操作数C指定。   因为C操作数只有9bits，所以直接用它表示数组索引显然不够用。 这里解决办法是让C操作数保存批次数，然后用批次数乘上批大小（FPF，默认为50）就可以算出数组的起始索引。 因此，C操作数能表示的最大索引为25600（50*512） 当数组长度大于25600时，SETLIST指令后会跟一条EXTRAARG指令，用其Ax操作数来保存批次数。 综上，C>0，表示的是批次数+1，否则，真正批次数存放在后续的EXTRAARG指令中。   操作数B为0时，当表构造器的最后一个元素是函数调用或者vararg表达式时，Lua会把它们产生的所有值都收集起来供SETLIST使用	R(A)[(C-1)*FPF+i] := R(A+i) 1 <= i <= B
CLOSURE	iABx	0x2C	OpArgU	OpArgN	目标寄存器idx	把当前Lua函数的子函数原型实例化为闭包，放入由操作数A指定的寄存器中 子函数原型来自于当前函数原型的子函数原型表，索引由操作数Bx指定   下图为将prototypes表中索引为1的g子函数，放入索引为4的寄存器中	R(A) := closure(KPROTO[Bx])
VARARG	iABC	0x2D	OpArgU	OpArgN	目标寄存器idx	把传递给当前函数的变长参数加载到连续多个寄存器中。 其中第一个寄存器的索引由操作数A指定，寄存器数量由操作数B指定，操作数C没有使用 操作数B若大于1，表示把B-1个vararg参数复制到寄存器中，否则只能等于0	R(A),R(A+1),...R(A+B-2)=vararg
EXTRAARG	iAx	0x2E	OpArgU			Ax:67108864 EXTRAARG Ax有26bits，用来指定常量索引，可存放最大无符号整数为67108864，可满足大部分情况的需要了

 

参考

《自己动手实现Lua》源代码

Lua设计与实现--虚拟机篇