探索Lua5.2内部实现:虚拟机指令(3) Upvalues & Globals

原文

在编译期，如果要访问变量a时，会依照以下的顺序决定变量a的类型：

1. a是当前函数的local变量
2. a是外层函数的local变量，那么a是当前函数的upvalue
3. a是全局变量

local变量本身就存在于当前的register中，所有的指令都可以直接使用它的id来访问。而对于upvalue，lua则有专门的指令负责获取和设置。

全局变量在lua5.1中也是使用专门的指令，而5.2对这一点做了改变。Lua5.2种没有专门针对全局变量的指令，而是把全局表放到最外层函数的名字为"_ENV"的upvalue中。对于全局变量a，相当于编译期帮你改成了_ENV.a来进行访问。

name	args	desc
OP_GETUPVAL	A B C	R(A) := UpValue[B]
OP_SETUPVAL	A B	UpValue[B] := R(A)
OP_GETTABUP	A B C	R(A) := UpValue[B][RK(C)]
OP_SETTABUP	A B C	UpValue[A][RK(B)] := RK(C)

GETUPVAL将B为索引的upvalue的值装载到A寄存器中。SETUPVAL将A寄存器的值保存到B为索引的upvalue中。

GETTABUP将B为索引的upvalue当作一个table，并将C做为索引的寄存器或者常量当作key获取的值放入寄存器A。SETTABUP将A为索引的upvalue当作一个table，将C寄存器或者常量的值以B寄存器或常量为key，存入table。

local u = 0;
function f() 
	local l;
	u = 1; 
	l = u;
	g = 1;
	l = g;
end

main <test.lua:0,0> (4 instructions at 0x80048eb0)
0+ params, 2 slots, 1 upvalue, 1 local, 2 constants, 1 function
	1	[1]	LOADK    	0 -1	; 0
	2	[8]	CLOSURE  	1 0	; 0x80049140
	3	[2]	SETTABUP 	0 -2 1	; _ENV "f"
	4	[8]	RETURN   	0 1
constants (2) for 0x80048eb0:
	1	0
	2	"f"
locals (1) for 0x80048eb0:
	0	u	2	5
upvalues (1) for 0x80048eb0:
	0	_ENV	1	0

function <test.lua:2,8> (7 instructions at 0x80049140)
0 params, 2 slots, 2 upvalues, 1 local, 2 constants, 0 functions
	1	[3]	LOADNIL  	0 0
	2	[4]	LOADK    	1 -1	; 1
	3	[4]	SETUPVAL 	1 0	; u
	4	[5]	GETUPVAL 	0 0	; u
	5	[6]	SETTABUP 	1 -2 -1	; _ENV "g" 1
	6	[7]	GETTABUP 	0 1 -2	; _ENV "g"
	7	[8]	RETURN   	0 1
constants (2) for 0x80049140:
	1	1
	2	"g"
locals (1) for 0x80049140:
	0	l	2	8
upvalues (2) for 0x80049140:
	0	u	1	0
	1	_ENV	0	0  

上面的代码片段生成一个主函数和一个内嵌函数。根据前面说到的变量规则，在内嵌函数中，l是local变量，u是upvalue，g由于既不是local变量，也不是upvalue，当作全局变量处理。我们先来看内嵌函数，生成的指令从17行开始。

第17行的LOADNIL前面已经讲过，为local变量赋值。下面的LOADK和SETUPVAL组合，完成了u = 1。因为1是一个常量，存在于常量表中，而lua没有常量与upvalue的直接操作指令，所以需要先把常量1装在到临时寄存器1种，然后将寄存器1的值赋给upvalue 0，也就是u。第20行的GETUPVAL将upvalue u赋给local变量l。第21行开始的SETTABUP和GETTABUP就是前面提到的对全局变量的处理了。g=1被转化为_ENV.g=1。_ENV是系统预先设置在主函数中的upvalue，所以对于全局变量g的访问被转化成对upvalue[_ENV][g]的访问。SETTABUP将upvalue 1(_ENV代表的upvalue)作为一个table，将常量表2（常量"g"）作为key的值设置为常量表1（常量1）；GETTABUP则是将upvalue 1作为table，将常量表2为key的值赋给寄存器0（local l）。