Lua中table的实现-《Lua设计与实现》

本文来自《Lua设计与实现》的阅读笔记，推荐Lua学习者可以购买一本，深入浅出讲解lua的设计和实现原理，很赞，哈哈

 

Lua中对于表的设计，是基于数组和散列表，和其他语言不同，对于数组的下标是从1开始的，对于散列表而言，只要其键值补位nil，都可以存储在其中。

 

一、table的基本类型定义

首先看看table的数据定义，参考源码lobject.h

 

CommonHeader, 参看专栏前面的文章；

flags 这是一个lua的byte类型的数据，用于表示表中提供了哪些元方法，比如是否提供了元方法_index，该数据最开始设置为1，如果进行查找一次，比如_index，如果存在，这该元方法对应的flag bit设置为0，在下一次查找的时候，只需要比较这个bit即可，对应的元方法在ltm.h中

lsizenode，为散列表的大小，必定为2的幂对应的数字；

metatable，该table的元表；

array，该table的数组的指针

node, 该table的散列表的起始位置的指针；

lastfree, 该散列表的最后位置的指针

gclist， gc相关的链表

sizearray， 数组的大小，不一定为2的幂对应的数字

对于node数据，类似于其他语言中的字典设计\hash设计，就是一个键值对集合，其定义为：

需要提一下的是对于key的设计采用的是union，也就是说Lua的散列表的key，可以为nk对应的struct，也可以是TValue类型

 

二、table相关的操作的实现原理

1、查找算法的实现原理

借用原文的伪代码：

if 输入的key为整数 && key >= 0 && key <= 数组的大小

尝试在数组部分查找

else 在散列表部分查找

计算出该key的散列值，据其查找对应的node所在散列表中的位置，然后遍历其对应的链表，查找是否有该key对应的元素

举例：

local t = {}

t[1] = 0

t[100] = 0

那么1是在数组中查找，100就是在散列表中去查找了（100大于数组的len）

 

2、新增元素的实现原理

给lua中添加新元素的时候，会有可能触发重新分配table中的数组和散列表，其本质来自于散列表的rehash（由于lua对于下标超过数组的大小的数字，都会存储在散列表部分去，所以数组部分的插值不会触发rehash）

散列表的组织，就是多个mainposition，每个单独的mainposition会对应一个数据链表，当插入一个key的时候，会调用luaHset\luaH_setnum\luaH_setstr，来获得该key对应的TValue指针，如果没有，则调用内部的newkey函数来分配一个新的key：

基本的实现过程看源代码写的比较详细，这儿说一下rehash部分的操作，在ltable.c中：

1) nums中存放的是元素的数量

2）分表遍历数组(numusearray)和散列表(numusehash)，统计更新nums中的数量大小

3) 重新计算数组和hash部分的大小，数组大小的计算规则：逐个遍历nums数组，获得其范围区间内所包含的整数数量大于50%的最大索引，作为rehash后的数组大小，这个索引值来自与computesizes函数：

可能看了会有点迷糊，那我就用大白话说一下吧：

首先nums数组在统计后，每个下标对应的是处于当前2^(i -1) - 2^i中的元素的个数，然后不断的累加计算，求得满足 sum > 2^n/2的最大下标值(这个下标值是nums数组中的)

所以，在不同的rehash阶段，table中的同一个key可能会在数组部分和散列表部分交替出现，也是可能的。

由于rehash会带来较大的性能消耗，所以一般都尽量避免，比如在创建表的时候，就采用预填充的算法

 

3、取长度算法的原理

如果table中元表没有重载len方法，则调用的是luaH_getn方法，其基本的伪代码为：

if 表中存在数组部分：

初始化i = 0, j = sizearray

　　while(j - i > 1){

　　　　m = (j + i)/2

　　if(array[m-1] == nil)

　　　　j = m

　　else

　　　　i = m

　　}

　　return i

else

　　查找表中散列表长度，算法同数组部分

对于表中只有散列表的时候，其实质就是对键值为正整数的部分进行长度操作，如果既有数组，又有散列表，则优先对数组部分进行长度操作