lua的变量查找及全局变量

Posted 2020-11-13 tsecer

一、从hello world说起

当执行print("Hello World!")时，明显这是需要有执行一个特定的向标准输出打印字符串的功能，所以这里首先涉及到的是一个函数查找的问题，也就是如何把字符串和对应的功能联系起来。在最为常见的C语言中，这个查找是由链接器完成的：它从所有的obj文件中查找这个函数的定义，然后把这个地方转换成对应位置的CPU call指令。对应地，对于lua，同样需要有方法将这个字符串和真正的函数调用联系起来。那么最后的问题就是：当lua遇到一个变量时，它会如何查找这个变量？

二、查找的实现

1、查找的实现代码

这个代码实现也比较直观：首先是在函数级别的Local中查找，如果查找则认为是VLOCAL类型，否则查找当前函数已经存在的upvalue，最后默认认为是在全局变量表中。这个“全局”就是很高级别了，相当于整个lua虚拟机共享，也就是全局变量了。
这些变量确定类型的原因在于它们会影响指令的生成，而不同指令会指明变量从哪里查找。
lua-5.3.4srclparser.c
/*
Find variable with given name ‘n‘. If it is an upvalue, add this
upvalue into all intermediate functions.
*/
static void singlevaraux (FuncState *fs, TString *n, expdesc *var, int base) {
if (fs == NULL) /* no more levels? */
init_exp(var, VVOID, 0); /* default is global */
else {
int v = searchvar(fs, n); /* look up locals at current level */
if (v >= 0) { /* found? */
init_exp(var, VLOCAL, v); /* variable is local */
if (!base)
markupval(fs, v); /* local will be used as an upval */
}
else { /* not found as local at current level; try upvalues */
int idx = searchupvalue(fs, n); /* try existing upvalues */
if (idx < 0) { /* not found? */
singlevaraux(fs->prev, n, var, 0); /* try upper levels */
if (var->k == VVOID) /* not found? */
return; /* it is a global */
/* else was LOCAL or UPVAL */
idx = newupvalue(fs, n, var); /* will be a new upvalue */
}
init_exp(var, VUPVAL, idx); /* new or old upvalue */
}
}
}

2、Local变量的处理流程

以下面代码为例：
local a,b,c=1,2,3
首先执行的是函数中的do while {}(testnext(ls, ‘,‘))循环，这样相当于在函数的locvars中注册了变量，而它在其中的位置也将是一个确定的位置。
static void localstat (LexState *ls) {
/* stat -> LOCAL NAME {‘,‘ NAME} [‘=‘ explist] */
int nvars = 0;
int nexps;
expdesc e;
do {
new_localvar(ls, str_checkname(ls));
nvars++;
} while (testnext(ls, ‘,‘));
if (testnext(ls, ‘=‘))
nexps = explist(ls, &e);
else {
e.k = VVOID;
nexps = 0;
}
adjust_assign(ls, nvars, nexps, &e);
adjustlocalvars(ls, nvars);
}

3、对于全局变量的处理

对于一个变量g，如果从local和upvalue中没有查找到，则认为是从全局env中使用变量名为字符串进行查找，并且在luaK_indexed函数中为key分配寄存器，也就是全局变量的查找同样需要使用寄存器。
static void singlevar (LexState *ls, expdesc *var) {
TString *varname = str_checkname(ls);
FuncState *fs = ls->fs;
singlevaraux(fs, varname, var, 1);
if (var->k == VVOID) { /* global name? */
expdesc key;
singlevaraux(fs, ls->envn, var, 1); /* get environment variable */
lua_assert(var->k != VVOID); /* this one must exist */
codestring(ls, &key, varname); /* key is variable name */
luaK_indexed(fs, var, &key); /* env[varname] */
}
}

三、print函数的查找

1、函数调用的解析

由于在本地没有查找到print这个符号，所以生成代码会要求从env中查找，所以只要在运行时将该字符串变量放在全局变量表中即可。

2、系统函数的注册

print由于lua内部调用函数参数都是一个状态机(这个的好处就是当调用函数指针时，这个函数指针的类型是明确的)，所以是定制的luaB_print函数。

LUAMOD_API int luaopen_base (lua_State *L) {
/* open lib into global table */
lua_pushglobaltable(L);
luaL_setfuncs(L, base_funcs, 0);
/* set global _G */
lua_pushvalue(L, -1);
lua_setfield(L, -2, "_G");
/* set global _VERSION */
lua_pushliteral(L, LUA_VERSION);
lua_setfield(L, -2, "_VERSION");
return 1;
}

3、系统注册表的设置

LUA_API int lua_load (lua_State *L, lua_Reader reader, void *data,
const char *chunkname, const char *mode) {
ZIO z;
int status;
lua_lock(L);
if (!chunkname) chunkname = "?";
luaZ_init(L, &z, reader, data);
status = luaD_protectedparser(L, &z, chunkname, mode);
if (status == LUA_OK) { /* no errors? */
LClosure *f = clLvalue(L->top - 1); /* get newly created function */
if (f->nupvalues >= 1) { /* does it have an upvalue? */
/* get global table from registry */
Table *reg = hvalue(&G(L)->l_registry);
const TValue *gt = luaH_getint(reg, LUA_RIDX_GLOBALS);
/* set global table as 1st upvalue of ‘f‘ (may be LUA_ENV) */
setobj(L, f->upvals[0]->v, gt);
luaC_upvalbarrier(L, f->upvals[0]);
}
}
lua_unlock(L);
return status;
}