lua全局狀態機

       本文內容基於版本：Lua 5.3.0

global_State概述

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       global_State結構，我們可以稱之為Lua全局狀態機。從Lua的使用者角度來看，global_State結構是完全感知不到的：我們無法用Lua公開的API獲取到它的指針、句柄或引用，而且實際上我們也並不需要引用到它。但是對於Lua的實現來說，global_State是十分重要的部分：它里面有對主線程（lua_State實例）的引用、有全局字符串表、有內存管理函數、有GC需要的相關信息以及一切Lua在工作時需要的工作內存等等。

global_State與lua_State結構的關聯

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       通過luaL_newstate函數創建虛擬機時，第一塊申請的內存將用來存儲lua_State（主線程）和global_State（全局狀態機）實例。為了避免內存碎片的產生，同時減少內存分配和釋放的次數，Lua采用了一個小技巧：利用一個LG結構，把分配lua_State和global_State的行為關聯在一起。這個LG結構是在C文件內部定義，而不存在公開的H文件中，僅供該C代碼文件使用，因此這種依賴數據結構內存布局的用法負作用不大。

      

// luaconf.h
/*
@@ LUA_EXTRASPACE defines the size of a raw memory area associated with
** a Lua state with very fast access.
** CHANGE it if you need a different size.
*/
#define LUA_EXTRASPACE        (sizeof(void *))

// lstate.c
/*
** thread state + extra space
*/
typedef struct LX {
  lu_byte extra_[LUA_EXTRASPACE];
  lua_State l;
} LX;

/*
** Main thread combines a thread state and the global state
*/
typedef struct LG {
  LX l;
  global_State g;
} LG;

 global_State的創建和銷毀

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• global_State的創建和初始化

// lstate.c
LUA_API lua_State *lua_newstate (lua_Alloc f, void *ud) {
  int i;
  lua_State *L;
  global_State *g;
  LG *l = cast(LG *, (*f)(ud, NULL, LUA_TTHREAD, sizeof(LG)));
  if (l == NULL) return NULL;
  L = &l->l.l;   g = &l->g;   ......
  return L;
}

 • global_State的銷毀

// lstate.c
LUA_API void lua_close (lua_State *L) {
  L = G(L)->mainthread;  /* only the main thread can be closed */ lua_lock(L);
  close_state(L);
}

// lstate.c
static void close_state (lua_State *L) {
  global_State *g = G(L);
  luaF_close(L, L->stack);  /* close all upvalues for this thread */ luaC_freeallobjects(L);  /* collect all objects */
  if (g->version)  /* closing a fully built state? */ luai_userstateclose(L);
  luaM_freearray(L, G(L)->strt.hash, G(L)->strt.size);
  luaZ_freebuffer(L, &g->buff);
  freestack(L);
  lua_assert(gettotalbytes(g) == sizeof(LG));
  (*g->frealloc)(g->ud, fromstate(L), sizeof(LG), 0);  /* free main block */
}

 fromstate(L)宏

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       fromstate(L)宏的實現源碼：

// stddef.h（Linux & Windows）
#define offsetof(s,m)   (size_t)&(((s *)0)->m)

// llimits.h
#define cast(t, exp)    ((t)(exp))

// lstate.c
#define fromstate(L)    (cast(LX *, cast(lu_byte *, (L)) - offsetof(LX, l)))

       fromstate(L)宏的實現圖解：