Lua虚拟机的初始化

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一、Lua脚本语言

1. 概述

Lua是一种脚本编程语言，与一般脚本语言不同，被称为是嵌入式的脚本语言。Lua最著名的应用是在暴雪公司的网络游戏魔兽世界中。

Lua语言可以独立进行编程，但这不是其主要的使用方式。Lua最典型的用法，是作为一个库，嵌入到其他大型语言（称为宿主语言）的应用程序之中，为应用程序提供参数配置或逻辑描述等功能，带来前所未有的灵活性。

Lua常见的宿主语言有：C/C++、Java、.NET，甚至脚本语言如PHP、Ruby。

2. Lua与相似解决方案的比较

Lua体积很小，往往使用静态链接嵌入到程序内部，在发布应用时不需要附带任何的运行时支持。

3. 宿主语言中嵌入Lua的工作流程

（1）宿主语言建立Lua解释器对象

（2）将宿主语言实现的Lua扩展，如函数等，注册到Lua解释器中，供其使用。

（3）读入Lua源程序或预先编译好的Lua程序。

（4）执行读入的Lua程序。

二、Lua虚拟机的初始化

Lua工作的核心是Lua虚拟机，宿主语言在加载和执行Lua脚本时，做的第一件事情就是创建并初始化Lua虚拟机。

1. 创建Lua虚拟机

lua_State *lua_newstate(lua_Alloc f, void *ud) API可以为我们创建一个新的独立的Lua虚拟机。

参数指定了虚拟机中的内存分配策略，例如我们已经在自己的代码中实现了内存池，这时候只需要写一个符合lua_Alloc原型的适配器，然后指定为Lua的内存分配器就可以了，使得内存分配更加灵活。当然，如果不想自定义内存分配策略，也可以使用luaL_newstate，这样Lua会帮你定义默认的内存分配策略。

我们可以先来看一下luaL_newstate的源码：

[cpp]view
plain copy

// 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;  

// 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;  

}

可见，通过luaL_newstate 创建Lua虚拟机时，第一块申请的内存将用来存储global_State（全局状态机）和lua_State（主线程）实例。为了避免内存碎片的产生，同时减少内存分配和释放的次数，Lua采用了一个小技巧：利用一个LG结构，把分配lua_State和global_State的行为关联在一起。这个LG结构是在C文件内部定义，而不存在公开的H文件中，仅供该C代码文件使用，因此这种依赖数据结构内存布局的用法负作用不大。

2. 关于global_State和lua_State

在一个独立的Lua虚拟机中，global_State是一个全局的结构, 而lua_State可以有多个。

global_State

global_State结构，我们可以称之为Lua全局状态机。从Lua的使用者角度来看，global_State结构是完全感知不到的：我们无法用Lua公开的API获取到它的指针、句柄或引用，而且实际上我们也并不需要引用到它。但是对于Lua的实现来说，global_State是十分重要的部分。

它管理着Lua中全局唯一的信息，主要是以下功能：

（1）内存分配策略及其参数

在调用lua_newstate的时候配置它们. 也可以通过lua_getallocf和lua_setallocf随时获取和修改它

（2）字符串的hashtable

全局的字符串哈希表，即保存那些短字符串，使得整个虚拟机中短字符串只有一份实例。具体参见 Lua字符串处理

（3）垃圾回收相关的信息，内存使用统计量

（4）panic, 当无保护调用发生时, 会调用该函数, 默认是null, 可以通过lua_atpanic配置.（用于异常处理）

（5）注册表, 注册表是一个全局唯一的table

（6）记录lua中元方法名称和基本类型的元表