lua数据类型

1.TValue

     typedef struct

     {

          Value value;

          int tt;

     } TValue

     lua所有类型，Value是union，

     typedef union

     {

          // GCObject *gc; 可以gc的类型

           GCheader gch;  // 头部

           union TString ts; // 字符串

           union Udata u;  // userdata
           union Closure cl; // 闭包函数
           struct Table h;  // 表
           struct Proto p;   // 函数原型
           struct UpVal uv;  // upvalue
           struct lua_State th;  /* thread */

          // 不可gc的类型

          void *p;

          lua_Number n;

          int b; 

      } Value

         GCHeader头部信息：

          typedef struct

          {

               GCObject *next; lu_byte tt; lu_byte marked

          }GCHeader;

2.字符串类型

     typedef union TString {

        L_Umaxalign dummy;  /* ensures maximum alignment for strings */
        struct {
               CommonHeader;
               lu_byte reserved;
               unsigned int hash;
               size_t len;
                  } tsv;
           } TString;

     这个CommonHeader就是GCheader，其实是同一块内存，这样写法，在GCObject和具体类型中都可以访问到头部。

     lua里字符串内存布局：字符串类型表现形式是TString指针，其实是一个TString头部包含字符串描述信息，紧接着才是一个（TString->len)长度的字符串内容，并加一个'\0'字符。

     lua里保存字符串的方式：global state有一个全局字符串表strt（stringtable类型），其实是一个哈希表，通过一种哈希算法（保存在TSreing->hash)计算出哈希值，保存到对应表项，对于冲突项使用链表解决（TString->tsv->next保存下一个相同哈希值的字符串）。

     lua的这种机制，使得相同的字符串公用一块内存，节省了不少内存，同其他GC对象一样，字符串都是引用着存在。看下新创建一个字符串类型的过程：

TString *luaS_newlstr (lua_State *L, const char *str, size_t l) {
76   GCObject *o;
77   unsigned int h = cast(unsigned int, l);  /* seed */
78   size_t step = (l>>5)+1;  /* if string is too long, don't hash all its chars */
79   size_t l1;
80   for (l1=l; l1>=step; l1-=step)  /* compute hash */
81     h = h ^ ((h<<5)+(h>>2)+cast(unsigned char, str[l1-1]));
82   for (o = G(L)->strt.hash[lmod(h, G(L)->strt.size)];
83        o != NULL;
84        o = o->gch.next) {
85     TString *ts = rawgco2ts(o);
86     if (ts->tsv.len == l && (memcmp(str, getstr(ts), l) == 0)) {
87       /* string may be dead */
88       if (isdead(G(L), o)) changewhite(o);
89       return ts;      
90     }         
91   }            
92   return newlstr(L, str, l, h);  /* not found */
93 }
94 

3.table类型

     typedef struct Table {
  CommonHeader;
  lu_byte flags;  /* 1<<p means tagmethod(p) is not present */
  lu_byte lsizenode;  /* log2 of size of `node' array */
  struct Table *metatable;
  TValue *array;  /* array part */
  Node *node;
  Node *lastfree;  /* any free position is before this position */
  GCObject *gclist;
  int sizearray;  /* size of `array' array */
} Table;

     Table类型被分为两部分了，一部分是array一部分是hash table，这样可以对用户使用数组进行优化，lua_creatable(L, narray, nrec) API ：narray代表数组部分大小，nrec代表hash表部分大小。

     对于数组部分的实现没啥好说了，看下哈希表的算法。

     哈希表数据结构：

typedef union TKey {
  struct {
    TValuefields;
    struct Node *next;  /* for chaining */
  } nk;
  TValue tvk;
} TKey;


typedef struct Node {
  TValue i_val;
  TKey i_key;
} Node;

     其实是一个Node数组，Node分为key，value字段，key其实也可以是任何value，TKey又使用了之前的技巧，nk，tvk是union的字段，公用同样的内存，这样既可TKey->tvk取值，又可TKey->nk->..取值，另外key保存了一个指向冲突表项的指针。

     总而言之，这个哈希表是这样的：内存上只是一块Node的连续数组，插入时：依据key算出hash value，mod到表项，如果这一表项是空项，直接插入。如果冲突，先取一块新的空表项（根据Table的lastfree取），之后判断冲突表项的key hash后是否应该放在自己所在的位置，如果不应该放在这，把它挪到刚取出的空表项，腾出的表项放新key；如果确实是放在这，也就是与新key有同样的hash value，则把新key插入空表项，并设计好链接关系。看下代码吧：

     static TValue *newkey (lua_State *L, Table *t, const TValue *key) {

  Node *mp = mainposition(t, key);
  if (!ttisnil(gval(mp)) || mp == dummynode) {
    Node *othern;
    Node *n = getfreepos(t);  /* get a free place */
    if (n == NULL) {  /* cannot find a free place? */
      rehash(L, t, key);  /* grow table */
      return luaH_set(L, t, key);  /* re-insert key into grown table */
    }
    lua_assert(n != dummynode);
    othern = mainposition(t, key2tval(mp));
    if (othern != mp) {  /* is colliding node out of its main position? */
      /* yes; move colliding node into free position */
      while (gnext(othern) != mp) othern = gnext(othern);  /* find previous */
      gnext(othern) = n;  /* redo the chain with `n' in place of `mp' */
      *n = *mp;  /* copy colliding node into free pos. (mp->next also goes) */
      gnext(mp) = NULL;  /* now `mp' is free */
      setnilvalue(gval(mp));
    }
    else {  /* colliding node is in its own main position */
      /* new node will go into free position */
      gnext(n) = gnext(mp);  /* chain new position */
      gnext(mp) = n;
      mp = n;
    }
  }
  gkey(mp)->value = key->value; gkey(mp)->tt = key->tt;
  luaC_barriert(L, t, key);
  lua_assert(ttisnil(gval(mp)));
  return gval(mp);
}

     

     看下接口设计，每次插入时，luaH_set其实是返回了这个key对应的value指针，所以使用时类似这样  setobj2t(L, luaH_set(L, hvalue(t), L->top-2), L->top-1);

4.函数类型

 

typedef struct CClosure {
  ClosureHeader;
  lua_CFunction f;
  TValue upvalue[1];
} CClosure;


typedef struct LClosure {
  ClosureHeader;
  struct Proto *p;
  UpVal *upvals[1];
} LClosure;


typedef union Closure {
  CClosure c;
  LClosure l;
} Closure;

#define ClosureHeader \
     CommonHeader; lu_byte isC; lu_byte nupvalues; GCObject *gclist; \
     struct Table *env

  分为c函数闭包和lua函数闭包，其实都是包含函数原型，upvalues，环境表这三个部分。关于c函数闭包实现比较简单，主要是通过接口lua_pushcclosure创建，函数实现中可以通过lua_getvalue访问upvalue。lua函数闭包和虚拟机相关，后面再描述。

5.upvalue

upvalue不是单独的一个对外可用的类型，他是Closure的一部分，是为了引用在这个函数外部的局部变量而设计的。许多语言限制了这种特性，比如python用作用域限制访问外部的局部变量，pascal的函数类型不是第一类类型，即你必须保证外部的变量一直在栈中，以求引用时，内存仍然存在。c语言两种限制方式都存在。lua里面使用upvalue，以很少的代码实现了访问函数外部局部变量的特性。看定义：

/*
** Upvalues
*/

typedef struct UpVal {
  CommonHeader;
  TValue *v;  /* points to stack or to its own value */
  union {
    TValue value;  /* the value (when closed) */
    struct {  /* double linked list (when open) */
      struct UpVal *prev;
      struct UpVal *next;
    } l;
  } u;
} UpVal;

UpVal有两个状态open和closed：

     open状态是指UpVal所引用的值还在外部函数栈上保存，这时候UpVal->v指向栈内存，UpVal->prev和UpVal->next则是用于把所有UpVal链接到一个链表里，链表保存在lua_State的openupval，这样如果有不同函数引用同一个变量，就可以直接使用这个UpVal，而不需要再创建一个新的。

     closed状态是指UpVal所引用的值所在的栈已经被释放了，例如：

     function add (x)

          return function (y) return y + x end

     end

     add2 = add(2)

     print(add2())

     当执行add2()时add2引用的x所在的栈已经释放了，这时，lua会复制x到UpVal->l.value,并且UpVal->v指向自己的value。