我们来看看lua vm在解析下面源码并生成bytecode时的整个过程:
1 foo = "bar" 2 local a, b = "a", "b" 3 foo = a
首先我们先使用ChunkySpy这个工具来看看vm最终会具体生成什么样的vm instructions
在这里，开头为[数字]的行是vm真正生成的字节码，我们看到一共生成了六行字节码。首先loadk将常量表中下标为1的常量即"bar"赋给寄存器0；然后setglobal将寄存器0的内容赋给全局变量表中下标为0的全局变量即foo；loadk再将"a"和"b"分别赋值给了寄存器0、1，在这里寄存器0和1分别表示当前函数的local变量即变量a和b；最后setglobal将变量a的值赋给了全局变量foo；最后一个return01是vm在每一个chunk最后都会生成了，并没有什么用。现在应该比较清除的了解了lua vm生成的字节码的含义了，接下来我们看看vm是怎样且为什么生成这些个字节码的。
当我们用luaL_dofile函数执行这个lua脚本源码时会有两个阶段，第一个是将脚本加载进内存，分词解析并生成字节码并将其整个包裹为main chunk放于lua stack栈顶，第二是调用lua_pcall执行这个chunk，这里我们只会分析第一个过程。
前面几篇文章说了，当dofile时会跑到一个叫做luaY_parser的函数中，
1 Proto *luaY_parser (lua_State *L, ZIO *z, Mbuffer *buff, const char *name) { 2 struct LexState lexstate; 3 struct FuncState funcstate; 4 -- ... ... 5 funcstate.f->is_vararg = VARARG_ISVARARG; /* main func. is always vararg */ 6 luaX_next(&lexstate); /* read first token */ 7 chunk(&lexstate); 8 -- ... ... 9 return funcstate.f; 10 }
函数luaY_parser前面两行定义了LexState和FuncState结构体变量，其中LexState不仅用于保存当前的词法分析状态信息，而且也保存了整个编译系统的全局状态，FuncState结构体来保存当前函数编译的状态数据。在lua源码中都会有一个全局的函数执行体，即为main func，在开始解析的时候当前的函数必然是main func函数，此时第三行的funcstate表示了这个函数的状态，由于lua规定这个函数必然会接收不定参数因此第五行将is_vararg标识设为VARARG_ISVARARG。接着第六行luaX_next解析文件流分离出第一个token，将其保存在lexstate的t成员中，此时t为“foo”全局变量。接着调用了chunk函数，这里开始了递归下降解析的全部过程：
1 static void chunk (LexState *ls) { 2 /* chunk -> { stat [`;'] } */ 3 int islast = 0; 4 enterlevel(ls); 5 while (!islast && !block_follow(ls->t.token)) { 6 islast = statement(ls);//递归下降点 7 testnext(ls, ';'); 8 lua_assert(ls->fs->f->maxstacksize >= ls->fs->freereg && 9 ls->fs->freereg >= ls->fs->nactvar); 10 ls->fs->freereg = ls->fs->nactvar; /* free registers */ 11 } 12 leavelevel(ls); 13 }
lua是有作用域层次概念的，因此当进入一个层次时会调用enterlevel函数，离开当前层次则会调用leavelevel函数。首先进入while循环，当前token为“foo”，这既不是终结标志也不是一个block开始的词素，因此会进入statement函数，statement函数主体是一个长长的switch...case...代码结构，根据第一个token进入不同的调用解析分支。在我们这个例子中会进入default分支：
1 static int statement (LexState *ls) { 2 -- ... ... 3 switch (ls->t.token) { 4 case TK_IF: { /* stat -> ifstat */ 5 ifstat(ls, line); 6 return 0; 7 } 8 case TK_WHILE: { /* stat -> whilestat */ 9 whilestat(ls, line); 10 return 0; 11 } 12 -- ... ... 13 default: { 14 exprstat(ls); 15 return 0; /* to avoid warnings */ 16 } 17 } 18 }
进入exprstate函数：
1 static void exprstat (LexState *ls) { 2 /* stat -> func | assignment */ 3 FuncState *fs = ls->fs; 4 struct LHS_assign v; 5 primaryexp(ls, &v.v); 6 if (v.v.k == VCALL) /* stat -> func */ 7 SETARG_C(getcode(fs, &v.v), 1); /* call statement uses no results */ 8 else { /* stat -> assignment */ 9 v.prev = NULL; 10 assignment(ls, &v, 1); 11 } 12 }
第四行的LHS_assign结构体是为了处理多变量赋值的情况的，例如a,b,c = ...。在LHS_assign中成员v类型为expdesc描述了等号左边的变量，详情可见上篇文章里对expdesc的介绍。接下来进入primaryexp，来获取并填充“foo”变量的expdesc信息，这会接着进入prefixexp函数中
1 static void prefixexp (LexState *ls, expdesc *v) { 2 /* prefixexp -> NAME | '(' expr ')' */ 3 switch (ls->t.token) { 4 case '(': { 5 int line = ls->linenumber; 6 luaX_next(ls); 7 expr(ls, v); 8 check_match(ls, ')', '(', line); 9 luaK_dischargevars(ls->fs, v); 10 return; 11 } 12 case TK_NAME: { 13 singlevar(ls, v); 14 return; 15 } 16 default: { 17 luaX_syntaxerror(ls, "unexpected symbol"); 18 return; 19 } 20 } 21 }
由于当前token是“foo”，因此进入TK_NAME分支，调用singlevar。
1 static void singlevar (LexState *ls, expdesc *var) { 2 TString *varname = str_checkname(ls); 3 FuncState *fs = ls->fs; 4 if (singlevaraux(fs, varname, var, 1) == VGLOBAL) 5 var->u.s.info = luaK_stringK(fs, varname); /* info points to global name */ 6 } 7 static int singlevaraux (FuncState *fs, TString *n, expdesc *var, int base) { 8 if (fs == NULL) { /* no more levels? */ 9 init_exp(var, VGLOBAL, NO_REG); /* default is global variable */ 10 return VGLOBAL; 11 } 12 else { 13 int v = searchvar(fs, n); /* look up at current level */ 14 if (v >= 0) { 15 init_exp(var, VLOCAL, v); 16 if (!base) 17 markupval(fs, v); /* local will be used as an upval */ 18 return VLOCAL; 19 } 20 else { /* not found at current level; try upper one */ 21 if (singlevaraux(fs->prev, n, var, 0) == VGLOBAL) 22 return VGLOBAL; 23 var->u.s.info = indexupvalue(fs, n, var); /* else was LOCAL or UPVAL */ 24 var->k = VUPVAL; /* upvalue in this level */ 25 return VUPVAL; 26 } 27 }
在singlevaraux函数中会判断变量是local、upvalue还是global的。如果fs为null了则说明变量为全局的，否则进入searchvar在当前的函数局部变量数组中查找，否则根据fs的prev成员取得其父函数的FuncState并传入singlevaraux中递归查找，如果前面的都没满足则变量为upvlaue。此例中进入第21行中，由于fs已经指向了main func因此其prev为null，“foo”判定为global并返回到exprstate函数中。在取得了“foo”的信息后，因为“foo”不是函数调用，因此接着进入assignment函数中
1 primaryexp(ls, &v.v); 2 if (v.v.k == VCALL) /* stat -> func */ 3 SETARG_C(getcode(fs, &v.v), 1); /* call statement uses no results */ 4 else { /* stat -> assignment */ 5 v.prev = NULL; 6 assignment(ls, &v, 1); 7 }
在assignment函数中首先判断下一个token是否为“,"，此例中不是则说明是单变量的赋值，接着check下一个token为”=“，成立，接着调用explist1判断等号右边有几个值，此例为1个，然后会判断左边的变量数是否等于右边的值数，不等于则进入adjust_assign函数进行调整，此例是相等的因此依次进入luaK_setoneret和luaK_storevar函数。在luaK_storevar中首先进入int e = luaK_exp2anyreg(fs, ex);函数luaK_exp2anyreg的K代表了此函数是字节码相关的函数，ex为值”bar“，这个函数又调用了discharge2reg，根据ex的类型来生成不同的字节码：
1 static void discharge2reg (FuncState *fs, expdesc *e, int reg) { 2 luaK_dischargevars(fs, e); 3 switch (e->k) { 4 case VNIL: { 5 luaK_nil(fs, reg, 1); 6 break; 7 } 8 case VFALSE: case VTRUE: { 9 luaK_codeABC(fs, OP_LOADBOOL, reg, e->k == VTRUE, 0); 10 break; 11 } 12 case VK: { 13 luaK_codeABx(fs, OP_LOADK, reg, e->u.s.info); 14 break; 15 } 16 //... ... 17 }
由于”bar“是常量因此调用luaK_codeABx函数生成loadk字节码。reg为保存载入的常量值的寄存器号，e->u.s.info根据不同类型值代表不同含义，根据注释我们知道此时info为常量数组的下标。
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后返回到上面的函数中接着进入luaK_codeABx(fs, OP_SETGLOBAL, e, var->u.s.info);其中e为luaK_exp2anyreg的返回值表示常量保存在的寄存器标号，info根据注释当为global类型时表示global table的相应下标，因此luaK_codeABx函数将生成setglobal字节码，将刚刚用loadk将常量加载到寄存器中的值保存到global table相应的位置上。因此foo = "bar"语句就完整的生成了相应的字节码了。
接下来将生成local a,b = "a","b"语句的字节码了。过程大致相同，不同的是a，b是local变量且这个赋值语句是多变量赋值语句，因此前面的函数会用LHS_assign链表将a，b变量连接起来。如图所示：
