我們來看看lua vm在解析下面源碼并生成bytecode時的整個過程:
foo = "bar"
local a, b = "a", "b"
foo = a
首先我們先使用ChunkySpy這個工具來看看vm最終會具體生成什么樣的vm instructions
在這里，開頭為[數字]的行是vm真正生成的字節碼，我們看到一共生成了六行字節碼。首先loadk將常量表中下標為1的常量即"bar"賦給寄存器0；然后setglobal將寄存器0的內容賦給全局變量表中下標為0的全局變量即foo；loadk再將"a"和"b"分別賦值給了寄存器0、1，在這里寄存器0和1分別表示當前函數的local變量即變量a和b；最后setglobal將變量a的值賦給了全局變量foo；最后一個return01是vm在每一個chunk最后都會生成了，并沒有什么用。現在應該比較清除的了解了lua vm生成的字節碼的含義了，接下來我們看看vm是怎樣且為什么生成這些個字節碼的。
當我們用luaL_dofile函數執行這個lua腳本源碼時會有兩個階段，第一個是將腳本加載進內存，分詞解析并生成字節碼并將其整個包裹為main chunk放于lua stack棧頂，第二是調用lua_pcall執行這個chunk，這里我們只會分析第一個過程。
前面幾篇文章說了，當dofile時會跑到一個叫做luaY_parser的函數中，
Proto *luaY_parser (lua_State *L, ZIO *z, Mbuffer *buff, const char *name) {
struct LexState lexstate;
struct FuncState funcstate;
-- ... ...
funcstate.f->is_vararg = VARARG_ISVARARG; /* main func. is always vararg */
luaX_next(lexstate); /* read first token */
chunk(lexstate);
-- ... ...
return funcstate.f;
}
函數luaY_parser前面兩行定義了LexState和FuncState結構體變量，其中LexState不僅用于保存當前的詞法分析狀態信息，而且也保存了整個編譯系統的全局狀態，FuncState結構體來保存當前函數編譯的狀態數據。在lua源碼中都會有一個全局的函數執行體，即為main func，在開始解析的時候當前的函數必然是main func函數，此時第三行的funcstate表示了這個函數的狀態，由于lua規定這個函數必然會接收不定參數因此第五行將is_vararg標識設為VARARG_ISVARARG。接著第六行luaX_next解析文件流分離出第一個token，將其保存在lexstate的t成員中，此時t為“foo”全局變量。接著調用了chunk函數，這里開始了遞歸下降解析的全部過程：
static void chunk (LexState *ls) {
/* chunk -> { stat [`;'] } */
int islast = 0;
enterlevel(ls);
while (!islast !block_follow(ls->t.token)) {
islast = statement(ls);//遞歸下降點
testnext(ls, ';');
lua_assert(ls->fs->f->maxstacksize >= ls->fs->freereg
ls->fs->freereg >= ls->fs->nactvar);
ls->fs->freereg = ls->fs->nactvar; /* free registers */
}
leavelevel(ls);
}
lua是有作用域層次概念的，因此當進入一個層次時會調用enterlevel函數，離開當前層次則會調用leavelevel函數。首先進入while循環，當前token為“foo”，這既不是終結標志也不是一個block開始的詞素，因此會進入statement函數，statement函數主體是一個長長的switch...case...代碼結構，根據第一個token進入不同的調用解析分支。在我們這個例子中會進入default分支：
static int statement (LexState *ls) {
-- ... ...
switch (ls->t.token) {
case TK_IF: { /* stat -> ifstat */
ifstat(ls, line);
return 0;
}
case TK_WHILE: { /* stat -> whilestat */
whilestat(ls, line);
return 0;
}
-- ... ...
default: {
exprstat(ls);
return 0; /* to avoid warnings */
}
}
}
進入exprstate函數：
static void exprstat (LexState *ls) {
/* stat -> func | assignment */
FuncState *fs = ls->fs;
struct LHS_assign v;
primaryexp(ls, v.v);
if (v.v.k == VCALL) /* stat -> func */
SETARG_C(getcode(fs, v.v), 1); /* call statement uses no results */
else { /* stat -> assignment */
v.prev = NULL;
assignment(ls, v, 1);
}
}
第四行的LHS_assign結構體是為了處理多變量賦值的情況的，例如a,b,c = ...。在LHS_assign中成員v類型為expdesc描述了等號左邊的變量，詳情可見上篇文章里對expdesc的介紹。接下來進入primaryexp，來獲取并填充“foo”變量的expdesc信息，這會接著進入prefixexp函數中
static void prefixexp (LexState *ls, expdesc *v) {
/* prefixexp -> NAME | '(' expr ')' */
switch (ls->t.token) {
case '(': {
int line = ls->linenumber;
luaX_next(ls);
expr(ls, v);
check_match(ls, ')', '(', line);
luaK_dischargevars(ls->fs, v);
return;
}
case TK_NAME: {
singlevar(ls, v);
return;
}
default: {
luaX_syntaxerror(ls, "unexpected symbol");
return;
}
}
}
由于當前token是“foo”，因此進入TK_NAME分支，調用singlevar。
static void singlevar (LexState *ls, expdesc *var) {
TString *varname = str_checkname(ls);
FuncState *fs = ls->fs;
if (singlevaraux(fs, varname, var, 1) == VGLOBAL)
var->u.s.info = luaK_stringK(fs, varname); /* info points to global name */
}
static int singlevaraux (FuncState *fs, TString *n, expdesc *var, int base) {
if (fs == NULL) { /* no more levels? */
init_exp(var, VGLOBAL, NO_REG); /* default is global variable */
return VGLOBAL;
}
else {
int v = searchvar(fs, n); /* look up at current level */
if (v >= 0) {
init_exp(var, VLOCAL, v);
if (!base)
markupval(fs, v); /* local will be used as an upval */
return VLOCAL;
}
else { /* not found at current level; try upper one */
if (singlevaraux(fs->prev, n, var, 0) == VGLOBAL)
return VGLOBAL;
var->u.s.info = indexupvalue(fs, n, var); /* else was LOCAL or UPVAL */
var->k = VUPVAL; /* upvalue in this level */
return VUPVAL;
}
}
在singlevaraux函數中會判斷變量是local、upvalue還是global的。如果fs為null了則說明變量為全局的，否則進入searchvar在當前的函數局部變量數組中查找，否則根據fs的prev成員取得其父函數的FuncState并傳入singlevaraux中遞歸查找，如果前面的都沒滿足則變量為upvlaue。此例中進入第21行中，由于fs已經指向了main func因此其prev為null，“foo”判定為global并返回到exprstate函數中。在取得了“foo”的信息后，因為“foo”不是函數調用，因此接著進入assignment函數中
primaryexp(ls, v.v);
if (v.v.k == VCALL) /* stat -> func */
SETARG_C(getcode(fs, v.v), 1); /* call statement uses no results */
else { /* stat -> assignment */
v.prev = NULL;
assignment(ls, v, 1);
}
在assignment函數中首先判斷下一個token是否為“,"，此例中不是則說明是單變量的賦值，接著check下一個token為”=“，成立，接著調用explist1判斷等號右邊有幾個值，此例為1個，然后會判斷左邊的變量數是否等于右邊的值數，不等于則進入adjust_assign函數進行調整，此例是相等的因此依次進入luaK_setoneret和luaK_storevar函數。在luaK_storevar中首先進入int e = luaK_exp2anyreg(fs, ex);函數luaK_exp2anyreg的K代表了此函數是字節碼相關的函數，ex為值”bar“，這個函數又調用了discharge2reg，根據ex的類型來生成不同的字節碼：
static void discharge2reg (FuncState *fs, expdesc *e, int reg) {
luaK_dischargevars(fs, e);
switch (e->k) {
case VNIL: {
luaK_nil(fs, reg, 1);
break;
}
case VFALSE: case VTRUE: {
luaK_codeABC(fs, OP_LOADBOOL, reg, e->k == VTRUE, 0);
break;
}
case VK: {
luaK_codeABx(fs, OP_LOADK, reg, e->u.s.info);
break;
}
//... ...
}
由于”bar“是常量因此調用luaK_codeABx函數生成loadk字節碼。reg為保存載入的常量值的寄存器號，e->u.s.info根據不同類型值代表不同含義，根據注釋我們知道此時info為常量數組的下標。
typedef enum {
//... ...
VK, /* info = index of constant in `k' */
VKNUM, /* nval = numerical value */
VLOCAL, /* info = local register */
VGLOBAL, /* info = index of table; aux = index of global name in `k' */
//... ...
} expkind;
生成了loadk后返回到上面的函數中接著進入luaK_codeABx(fs, OP_SETGLOBAL, e, var->u.s.info);其中e為luaK_exp2anyreg的返回值表示常量保存在的寄存器標號，info根據注釋當為global類型時表示global table的相應下標，因此luaK_codeABx函數將生成setglobal字節碼，將剛剛用loadk將常量加載到寄存器中的值保存到global table相應的位置上。因此foo = "bar"語句就完整的生成了相應的字節碼了。
接下來將生成local a,b = "a","b"語句的字節碼了。過程大致相同，不同的是a，b是local變量且這個賦值語句是多變量賦值語句，因此前面的函數會用LHS_assign鏈表將a，b變量連接起來。如圖所示：
以上所述就是本文都全部內容了，希望大家能夠喜歡。
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