Lua解析和變量作用域

近期研究了一下Lua語言在解析時的一些細節，如果在C程序中執行lua腳本的話， 那么變量的作用域是非常值得關注的，這里記錄一下在分析過程中得到的一些結論。(本文的描述針對的是lua-5.1.5這個版本的代碼)

 

考察下面的兩段代碼:

scope.lua

b = 700             -- GT['b'] = 700
local a = 9         -- 設置在棧上

function p1()       -- GT['p1'] = Closure B
    m = 90          -- GT['m'] = 90
    local n = 8     -- 設置在棧上
    print(a)        -- 數據來自upval
    print(b)        -- 數據來自GT
end

function p2()       -- GT['p2'] = Closure C
    print(m)        -- 數據來自GT
    print(n)        -- nil
end

srv.c

...
luaL_loadfile(L, "scope.lua");
lua_pcall(L, 0, 0, 0);      // 執行閉包A的字節碼
...
lua_getglobal(L, "p1");
lua_pcall(L, 0, 0, 0);      // 執行閉包B的字節碼

lua_getglobal(L, "p2");
lua_pcall(L, 0, 0, 0);      // 執行閉包C的字節碼
...

 

scope.lua腳本中會生成三個閉包A、B和C，其中閉包A是由scope.lua腳本加載(luaL_loadfile)之后生成的，luaL_loadfile最終會調用f_parse來解析腳本並生成閉包A，並且閉包A的環境table會指定為L的global table。

調用閉包A

接下來在srv.c中第3行將會執行閉包A對應的字節碼，操作包括：

1. 將變量b設置在閉包A的環境Table中
2. 將變量a設置在棧上
3. 生成閉包B，賦值給變量p1，同時設置在閉包A的環境Table中，指定閉包B的環境Table就等於閉包A的環境Table。生成的閉包B存在一個upval，指向上一層的局部變量a。
4. 生成閉包C，賦值給變量p2，同時設置在閉包A的環境Table中，同理閉包C的環境Table也等於閉包A的環境Table。

可以看到變量b、p1和p2都會保存在閉包A的環境Table中，也就是L的global table中。

調用閉包B

在srv.c的第5行執行之后，會將閉包B設置在棧頂，接下來調用lua_pcall便會執行閉包B對應的字節碼， 操作如下：

1. 將變量m設置在閉包B的環境Table中
2. 將變量n設置在棧上
3. 從閉包B的upval中找到變量a的值並設置在棧上，調用print
4. 從閉包B的環境Table中找到變量b的值並設置在棧上，調用print

前面講過，閉包B的環境Table和閉包A的環境Table是一致的並且都是L的global table，因此可以得到下面的輸出結果：

9
700

　　

調用閉包C

同樣的，srv.c執行到第8行和第9行的時候會執行閉包C的字節碼，變量m是從閉包C的環境Table也就是L的global table中獲取，而變量n是閉包B的局部變量，沒有設置在環境Table中，也不存在於閉包C的upval中，因此結果會為空，得到的結果如下：

90
nil

 

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總結

現在有很多用C語言實現的服務器程序都會嵌入Lua腳本來提高開發效率，並且通過在一個Lua虛擬機中創建多個Lua線程的手段來對每個請求的處理進行區分，因此在編寫Lua腳本的時候要很清楚每個變量的作用域范圍，否則可能會出現數據不一致的情況，某些變量可能是被一個Lua虛擬機中的所有Lua線程共享，而某些變量只會存在於一個Lua線程獨立的數據棧中。

此外，程序中很有可能還會調用一些API來更改Lua線程的global table或環境table，因此更需要特別關注。

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參考

• http://www.codingnow.com/temp/readinglua.pdf – Lua 源碼欣賞 – 雲風工作室
• https://github.com/openresty/lua-nginx-module – 在Nginx中嵌入Lua腳本
• https://github.com/portl4t/ts-lua – 在Apache Traffic Server中嵌入Lua腳本
• http://www.lua.org/