lua-设计与实现-5lua虚拟机
5.1 Lua执行过程概述
一个语言的虚拟机要做的事情：
- 编译出字节码
- 为函数调用准备调用栈
- 维持一个IP（InstructionPointer指令指针）来保存下一个将要执行的指令地址（对应PC指针-OpCode）。
- 模拟CPU的运行：循环执行字节码
执行函数
- 执行Lua文件调用的是luaL_dofile函数————宏来的，调用：luaL_loadfile、lua_pcall
- luaL_loadfile，词法和语法分析。lua_pcall用于将分析的结果（也就是字节码）放到虚拟机中执行。
luaL_loadfile词法和语法分析
会调用于f＿parser函数，词法分析之后产生的字节码等相关数据都在这个Proto类型的结构体中,数据又作为Closure保存了下来,如下
static void f_parser (lua_State *L, void *ud) {
int i;
Proto *tf;
Closure *cl;
...
tf = ((c == LUA_SIGNATURE[0]) ? luaU_undump : luaY_parser)(L, p->z,
&p->buff, p->name);
cl = luaF_newLclosure(L, tf->nups, hvalue(gt(L)));
cl->l.p = tf;
...
setclvalue(L, L->top, cl);
incr_top(L);
}
//真正的词法语法分析 -- 分析一个lua源代码文件的主函数
Proto *luaY_parser (lua_State *L, ZIO *z, Mbuffer *buff, const char *name) {
struct LexState lexstate;
struct FuncState funcstate;
lexstate.buff = buff;
luaX_setinput(L, &lexstate, z, luaS_new(L, name));
open_func(&lexstate, &funcstate);
// 这是为什么呢?
funcstate.f->is_vararg = VARARG_ISVARARG; /* main func. is always vararg */
// 读入字符
luaX_next(&lexstate); /* read first token */
chunk(&lexstate);
check(&lexstate, TK_EOS);
close_func(&lexstate);
lua_assert(funcstate.prev == NULL);
lua_assert(funcstate.f->nups == 0);
lua_assert(lexstate.fs == NULL);
return funcstate.f;
}
lua_pcall字节码的执行
LUA_API int lua_pcall (lua_State *L, int nargs, int nresults, int errfunc) {
...
c.func = L->top - (nargs+1); /* function to be called */
...
status = luaD_pcall(L, f_call, &c, savestack(L, c.func), func);
...
return status;
}
以上源码解读：
- c.func函数对象指针就是前面f_parser函数中最后两句代码放入Lua梢的Closure指针
int luaD_precall (lua_State *L, StkId func, int nresults) {
...
Proto *p = cl->p;
...
// 存放新的函数信息
// 首先从callinfo数组中分配出一个新的callinfo
ci = inc_ci(L); /* now `enter' new function */
ci->func = func;
L->base = ci->base = base;
ci->top = L->base + p->maxstacksize;
lua_assert(ci->top <= L->stack_last);
// 改变代码执行的路径
L->savedpc = p->code; /* starting point */
for (st = L->top; st < ci->top; st++)
setnilvalue(st);
}
以上源码解读：
- 从lua _State 的Call Info 数组中得到一个新的Call Info结构体，设置它的func、base 、top指针。
- 第2 75行用于从前面分析阶段生成的Closure指针中，取出保存下来的Proto结构体。前面提到过，这个结构体中保存的是分析过程完结之后生成的字节码等信息。
- 将这里创建的Call Info指针的top/base指针赋值给lua_State结构体的top 、base 指针。第293 行将Proto 结构体的code成员赋值给lua_State 指针的saved pc字段， code 成员保留的就是字节码。
- 第296 ～297行的作用是把多余的函数参数赋值为nil ；比如一个函数定
void luaV_execute (lua_State *L, int nexeccalls) {
...
pc = L->savedpc;
...
/* main loop of interpreter */
for (;;) {
const Instruction i = *pc++;
...
case OP_RETURN: {
...
b = luaD_poscall(L, ra); //执行完毕后，调用luaD_poscall 函数恢复到上一个函数的环境。
}
}
以上源码解读：
- 就是大循环。 执行完毕后，还会调用luaD_poscall 函数恢复到上一次函数调用的环境：
大致的流程回顾：
(1）在飞parser 函数中，对代码文件的分析返回了Proto指针。这个指针会保存在Closure 指针中，留待后续继续使用。
(2）在luaD_precall 函数中，将lua_state 的saved pc 指针指向第1 步中Proto 结构体的code指针，同时准备好函数调用时的战信息。
(3）在luaV_execute 函数中， pc 指针指向第2步中的saved pc 指针，紧眼着就是一个大的循环体，依次取出其中的OpCode执行。
- Proto结构体是分析阶段和执行阶段的纽带（如图5- 5所示）。只要抓住了Proto 结构体这一个数据的流向，就能对从分析到执行的整个流程有大体的了解了。
Proto结构体(部分):
- 函数的常量数组；
- 编译生成的字节码信息，也就是前面提到的code成员；
- 函数的局部变量信息；
- 保存upvalue 名字的数组。
5.2数据结构与栈
每个Lua 虚拟机对应一个lua State结构体，它使用TValue 数组来模拟栈，
- stack ：栈数组的起始位置。
- base ： 当前函数栈的基地址。 （(lvm.c) 343 #define RA(i) (base+GETARG_A(i))）
- top ： 当前栈的下一个可用位置。
无论函数怎么执行，有多少函数，最终它们引用到的楼都是当前Lua虚拟机的拢。这好比一个操作系统中的进程无论有多少，最终引用的内存实际上都还是由操作系统内核来管理的。
lua_State 结构体与Callinfo 结构体之间是如何对应的呢？
在lua_State中，有一个base_ci 的CallInfo数组，存储的就是CallInfo 的信息。而另一个ci成员，指向的就是当前函数的CallInfo指针。
可以看到， lua_State结构体中的top 、base 指针是与函数执行相关的变量，在函数执行前后都会有所变化。
从图5-6和图5-7 中可以看到，两个函数执行期间CallInfo指针分别指向lua_State指针分配的栈数组的不同位置。而随着当前函数的变化， lua_State结构体中的top和base 指针的指向也发生了变化，这两个变量始终指向当前执行函数的对应位置。
- 前后调用的函数中Lua梭的大小是有限的，同时Call Info数组的大小也是有限的 械的使用和函数的嵌套层次都不能过多，以防这些资源、用尽了
（只有函数嵌套的时候，函数CallInfollInfo数组里才有多个吗？？）
5.3 指令的解析
- 词法、语法阶段的分析中，最后结果就是输出一个Proto 结构体
- FuncState:这个结构体用于在语法分析时保存解析函数之后相关的信息，根据其中的prev指针成员来串联起来
- FuncState有一个成员Proto 叫，它用来保存这个FuncState解析指令之后生成的指令，其中除了自己的，还包括内部嵌套的子函数的。
5.4 指令格式
规则：
- 低位向高位解读
举例：
OP_MOVE A B R(A) :=R(B) 从R(B)中取数据赋值给R(A)
OP_GETGLOBAL A Bx R(A) := Gbl[Kst(Bx)) 以Kst[Bx］作为全局符号表的索引，取出值后赋值给R(A)
OP_GETIABLE A B C R(A) := R(B)[RK(C)) 以RK(C）作为表索引，以R(B）的数据作为表，取出来的数据赋值
给R(A)
