[[414539]]

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)「編程雜技」，作者 theanarkh 。轉(zhuǎn)載本文請(qǐng)聯(lián)系編程雜技公眾號(hào)。

最近體驗(yàn)了一下Openresty，了解到Openresty里使用lua語(yǔ)言來(lái)增強(qiáng)了Nginx的能力，所以又去了解了一下lua，lua語(yǔ)言小而精悍，lua引擎也值得學(xué)習(xí)。周末看了一下lua引擎的一些實(shí)現(xiàn)，也體驗(yàn)了一下lua語(yǔ)言的一些東西，本文簡(jiǎn)單介紹一下，后續(xù)有時(shí)間的話(huà)再寫(xiě)文章分析引擎的實(shí)現(xiàn)。

1 在c語(yǔ)言中嵌入lua引擎

lua引擎本身是一個(gè)庫(kù)，類(lèi)似V8一樣，我們可以把它嵌入到其他項(xiàng)目中，我們首先安裝相關(guān)文檔安裝lua(我安裝的是5.1.5)。然后寫(xiě)個(gè)demo體驗(yàn)一下。

#include <lua.h> 
#include <lualib.h> 
#include <lauxlib.h> 
#include<stdio.h> 
 
int echo(lua_State *L) { 
    printf("world"); 
} 
 
int main(int argc, char *argv[]) { 
    int s = 0; 
    lua_State *L = lua_open(); 
    // 注冊(cè)個(gè)自定義的函數(shù) 
    lua_register(L,"echo", echo); 
    luaL_openlibs(L); 
    // 執(zhí)行l(wèi)ua腳本 
    luaL_dofile(L, "hello.lua"); 
    lua_close(L); 
    return 1; 
} 

編譯上面的代碼

gcc hello.c -llua -lm -ldl 

然后寫(xiě)個(gè)hello.lua腳本。

print("hello"); 
echo(); 

執(zhí)行./a.out，我們看到輸出了hello world。這個(gè)是個(gè)簡(jiǎn)單的體驗(yàn)demo，和直接使用lua提供的命令行工具類(lèi)似，只不過(guò)我們這里還拓展了一個(gè)自定義的echo函數(shù)給lua腳本調(diào)用。如果我們想動(dòng)態(tài)地執(zhí)行一段腳本，而不是執(zhí)行一個(gè)lua文件，也是可以的。

#include <lua.h> 
#include <lualib.h> 
#include <lauxlib.h> 
const char * script = "print('hi');"; 
int main(int argc, char *argv[]) { 
    lua_State *L = lua_open(); 
    luaL_openlibs(L); 
    luaL_dostring(L, script); 
    lua_close(L); 
    return 1; 
} 

編譯執(zhí)行以上代碼我們會(huì)看到輸出hi。以上這些似乎沒(méi)什么大的作用，因?yàn)槲覀儓?zhí)行簡(jiǎn)單地使用lua語(yǔ)言提供的能力。而lua的能力絕不止于此，lua稱(chēng)為膠水語(yǔ)言，除了可以嵌入其他語(yǔ)言中，還支持拓展。下面我們看如果拓展lua的能力。

2 基于lua的demo運(yùn)行時(shí)

雖然這里只是簡(jiǎn)單地拓展lua，但是這里稱(chēng)之為運(yùn)行時(shí)是因?yàn)轭?lèi)似Node.js基于V8一樣，我們也可以通過(guò)拓展lua來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于lua的運(yùn)行時(shí)。下面我們看看怎么拓展(也就是怎么調(diào)用其他語(yǔ)言的代碼，這里是c)。新建一個(gè)test.c文件。

#include <lua.h> 
#include <lualib.h 
>#include <lauxlib.h> 
static int test(lua_State* L){ 
    //取棧第一個(gè)參數(shù) 
    const char *a = luaL_checkstring(L, 1);  
    //返回值入棧 
    lua_pushstring(L, (const char *)"hi"); 
    return 1; 
} 
 
static const struct luaL_Reg reg_test[] = { 
    {"test", test}, 
    {NULL, NULL} 
}; 
 
int luaopen_test(lua_State *L) { 
    const char* libName = "test"; 
    luaL_register(L, libName, reg_test); 
    return 1; 
} 

lua和c是通過(guò)一個(gè)棧進(jìn)行通信的，lua調(diào)用c函數(shù)的時(shí)候，c函數(shù)可以從棧中獲取lua的參數(shù)，也可也從棧中返回執(zhí)行結(jié)果給lua。我們把以上代碼編譯成一個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)。

gcc test.c -fPIC -shared -o test.so 

然后寫(xiě)個(gè)測(cè)試lua demo。

local test = require "test" 
a = test.test("hello world!") 
print(a) 

我們可以看到在lua中成功調(diào)用了test模塊的test函數(shù)，并輸出hi。當(dāng)我們r(jià)equire"test"的時(shí)候，lua會(huì)去當(dāng)前目錄找test.o，并且執(zhí)行其中的luaopen_test函數(shù)。luaopen_前綴是約定，test則是模塊名稱(chēng)。當(dāng)前去哪里找需要加載的模塊這個(gè)我們可以設(shè)置。我們分析一下c文件的代碼，看看拓展lua時(shí)的一些內(nèi)容。首先看luaL_register。

LUALIB_API void (luaL_register) (lua_State *L, const char *libname, const luaL_Reg *l) { 
  luaI_openlib(L, libname, l, 0); 
} 

我們主要關(guān)注luaL_register的第二第三個(gè)參數(shù)libname和luaL_Reg。因?yàn)橹肋@個(gè)參數(shù)的格式，我們才知道怎么寫(xiě)c代碼。其中name是庫(kù)名稱(chēng)，也就是我們r(jià)equire時(shí)傳的字符串。luaL_Reg的定義如下

typedef int (*lua_CFunction) (lua_State *L); 
 
typedef struct luaL_Reg { 
  const char *name; 
  lua_CFunction func; 
} luaL_Reg; 

luaL_Reg是封裝了kv的一個(gè)結(jié)構(gòu)體，。name是導(dǎo)出的函數(shù)名稱(chēng)，即在lua中可以調(diào)用的函數(shù)。func則是對(duì)應(yīng)的函數(shù)，當(dāng)在lua執(zhí)行name函數(shù)時(shí)就會(huì)執(zhí)行func的代碼。

3 lua變量存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)

lua是動(dòng)態(tài)類(lèi)型的語(yǔ)言，意味著一個(gè)變量的值的類(lèi)型是可以改變的，下面看一下lua中是如何設(shè)計(jì)底層的存儲(chǔ)的。lua所有變量都使用TValue結(jié)構(gòu)體來(lái)表示。

#define TValuefields    Value value; int tt 
 
typedef struct lua_TValue { 
  TValuefields; 
} TValue; 

里面只有兩個(gè)字段。tt是表示變量類(lèi)型。lua的類(lèi)型比較簡(jiǎn)單。如下

#define LUA_TNIL        0 
#define LUA_TBOOLEAN        1 
#define LUA_TLIGHTUSERDATA  2 
#define LUA_TNUMBER     3 
#define LUA_TSTRING     4 
// 數(shù)組和對(duì)象都使用一種類(lèi)型 
#define LUA_TTABLE      5 
#define LUA_TFUNCTION       6 
#define LUA_TUSERDATA       7 
#define LUA_TTHREAD     8 

接下來(lái)我們看看Value的定義。

typedef union { 
  GCObject *gc; 
  void *p; 
  lua_Number n; 
  int b; 
} Value; 

Value里分為兩種類(lèi)型，一種是不需要gc的，比如數(shù)字，一種是需要gc的，比如數(shù)組，lua是帶gc的語(yǔ)言。我們繼續(xù)看GCObject。

union GCObject { 
  GCheader gch; 
  union TString ts; 
  union Udata u; 
  union Closure cl; 
  struct Table h; 
  struct Proto p; 
  struct UpVal uv; 
  struct lua_State th;  /* thread */ 
}; 

我們看到GCObject是一個(gè)聯(lián)合體，可以存儲(chǔ)不同類(lèi)型的變量。我們?cè)倏纯碩String的定義。

typedef union TString { 
  L_Umaxalign dummy;  /* 內(nèi)存對(duì)齊，性能優(yōu)化 */ 
  struct { 
    CommonHeader; 
    lu_byte reserved; 
    unsigned int hash; 
    size_t len; 
  } tsv; 
} TString; 

字符串結(jié)構(gòu)體里面主要的字段時(shí)len和hash，len就是字符串的長(zhǎng)度，hash類(lèi)似一個(gè)索引，lua中的字符串不是存儲(chǔ)在結(jié)構(gòu)體本身的，而是統(tǒng)一管理起來(lái)，主要是為了復(fù)用，比如有兩個(gè)變量的值都是同一個(gè)字符串，那么lua中，只會(huì)存儲(chǔ)一個(gè)字符串值，而這兩個(gè)變量都會(huì)通過(guò)hash指向這個(gè)字符串的值。我們可以看一下一段代碼大概了解一下。

// 新建字符串，如果存在則直接復(fù)用 
TString *luaS_newlstr (lua_State *L, const char *str, size_t l) { 
  GCObject *o; 
  unsigned int h = cast(unsigned int, l);  /* seed */ 
  size_t step = (l>>5)+1;   
  size_t l1; 
  // 計(jì)算字符串的哈希值 
  for (l1=l; l1>=step; l1-=step)  /* compute hash */ 
    h = h ^ ((h<<5)+(h>>2)+cast(unsigned char, str[l1-1])); 
  // 判斷是否有一樣的字符串存在了，是則共享，直接返回，否則新建 
  for (o = G(L)->strt.hash[lmod(h, G(L)->strt.size)]; 
       o != NULL; 
       o = o->gch.next) { 
    TString *ts = rawgco2ts(o); 
    if (ts->tsv.len == l && (memcmp(str, getstr(ts), l) == 0)) { 
      if (isdead(G(L), o)) changewhite(o); 
      return ts; 
    } 
  } 
  // 找不到則新建 
  return newlstr(L, str, l, h);  /* not found */ 
} 

我們看到lua的變量存儲(chǔ)設(shè)計(jì)中是一種樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，通過(guò)上層的變量類(lèi)型，再進(jìn)行不同的存取操作。從而我們也可以了解到動(dòng)態(tài)語(yǔ)言在變量存儲(chǔ)中的一些設(shè)計(jì)思想。

后記：這是周末學(xué)習(xí)lua的一些內(nèi)容，后續(xù)有時(shí)間會(huì)繼續(xù)更新，lua是一個(gè)非常有意思的項(xiàng)目。