lua源代码分析01：lua源代码结构分析

一时失言乱红尘 2022-11-07 14:49 197阅读 0赞

# 目录 #

*  一、什么是lua
 *  二、lua源代码结构
 *  三、阅读lua源代码顺序

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# 一、什么是lua #

1、lua是用C编写的脚本语言，可以在web、游戏、物联网等场景下使用，源代码共1万多行；可以独立编程，可以嵌入到其他语言里面作为一个库使用，从而为应用程序提供灵活的扩展和定制功能。

2、lua官方源码下载网址：[http://www.lua.org/][http_www.lua.org]

# 二、lua源代码结构 #

### 1、lua语言结构图 ###

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### 2、lua源代码都放在src文件夹下，源码分为四部分 ###

### 第一部分：虚拟机运转的核心功能 ###

lapi.c     C语言接口
    lctype.c   C标准库中ctype相关实现
    ldebug.c   debug接口
    ldo.c      函数调用以及栈管理
    lfunc.c    函数原型及闭包管理
    lgc.c      垃圾回收
    lmem.c     内存管理接口
    lobject.c  对象操作的一些函数
    lopcodes.c 虚拟机的字节码定义
    lstate.c   全局状态机
    lstring.c  字符串池
    ltable.c   表类型的相关操作
    ltm.c      元方法
    lvm.c      虚拟机
    lzio.c     输入流接口

### 说明： ###

lua核心部分仅包括lua虚拟机的运转。
    （1）lopcodes.c控制了lua虚拟机的行为
    （2）lvm.c定义了虚拟机对opcode的解析和运作，API以luaV为前缀
    （3）lstate.c，lua虚拟机的外在数据形式是一个lua_State结构体，描述了lua虚拟机当前的状态，全局State引用了整个虚拟机的所有数据，API以luaE为前缀。
    （4）ldo.c定义了函数的调用即返回，相关API以luaD为前缀
    （5）lua最复杂也最重要的三种数据类型是function、table、string，他们的实现定义在lfunc.c、ltable.c、lstring.c中，三组内部API分别以luaF、luaH、luaS为前缀命名，不同的数据类型被统一定义在lobject.c中，API以luaO为前缀。
    （6）ltm.c定义了元表的处理，API以luaT为前缀
    （7）核心系统还用到了两个基础设备：内存管理lmem.c，API以luaM为前缀；带缓冲的流处理lzio.c，API以luaZ为前缀。
    （8）lgc.c定义了垃圾回收机制，也是核心系统里最为复杂的部分，API以luaC为前缀。
    （9）lapi.c， lua是一门嵌入式语言，可以和宿主机系统相结合。所以必须提供和宿主机系统交互的API，这些API以C函数的形式提供，在lapi.c中实现，API直接以lua为前缀。

### 第二部分：源代码解析及预编译字节码 ###

lcode.c    代码生成器
    ldump.c    序列化预编译的lua字节码
    llex.c     词法分析器
    lparser.c  解析器
    lundump.c  还原预编译的字节码

### 说明： ###

只有核心代码和一个虚拟机还不能让lua程序运行起来，还需要有外部输入经过解析才可以运行起来。
    （1）lparser.c、llex.c，外部输入的文本程序代码需要经过解析得到内部的数据结构（常量opcode的集合），这个过程通过lparser.c完成，API前缀为luaY，这个过程还需要通过词法分析llex.c完成，API前缀为luaX。
    （2）lcode.c，解析完外部文本代码，还需要最终生成虚拟机理解的数据，这个步骤在lcode.c中完成，API前缀为luaK。
    （3）ldump.c、lundump.c，为了加快代码翻译的流程，可以采用预编译的过程，把运行时编译的结果生成字节码，这个过程以及逆过程由ldump.c和lundump.c完成，API前缀为luaU。

###  第三部分：内嵌库 ###

lauxlib.c    库编写用到的辅助函数库
    lbaselib.c   基础库
    lbitlib.c    位操作库
    lcorolib.c   协程库
    ldblib.c     debug库
    linit.c      内嵌库的初始化
    liolib.c     IO库
    lmathlib.c   数学库
    loadlib.c    动态扩展库管理
    loslib.c     OS库
    lstrlib.c    字符串库
    ltablib.c    表处理库

### 说明： ###

嵌入式语言可以不提供库及函数，全部由宿主系统注入到State中即可，但是lua官方版本提供了少量的库，
    比如一些基础函数，如pairs、error、setmetatable、type等。lua允许自由加载需要的部分，以控制最终
    执行文件的体积和内存的占用量。
    （1）lualib.h，主动加载这些内嵌库进入lua_State是在lualib.h中的API实现。
    （2）loadlib.c、limit.c：在lua 5.0之前，lua并没有统一的模块管理机制，因为早期lua定位是嵌入式语言，后来人们
    倾向于把lua作为一门独立的编程语言来使用，那么统一的模块化管理就变得很由必要，这样才能让丰富的第三方库可以
    协同工作。在lua 5.1引入了官方推介的模块管理机制，require、module，并允许从C语言编写的动态库中加载模块，
    在lua 5.2做了简化。我们可以在loadlib.c中找到实现，内嵌库的初始化API则在limit.c中找到。
    （3）lib.c，其他的基础库在lib.c为后缀的文件中实现。

### 第四部分：可执行的解析器，字节码编译器     ###

lua.c  解释器
    luac.c 字节码编译器

### 说明： ###

早期lua主要在嵌入式系统中使用，所以源代码通常被编译成动态库或静态库被宿主机系统加载或链接，
    但随着lua第三方库越来越丰富，人们开始把lua作为一门独立的语言来使用，lua的官方版本里提供了
    一个单独的解析器，在lua.c中实现，luac.c实现了一个简单的字节码编译器，可以预编译文本的lua源程序。

# 三、阅读lua源代码顺序 #

lua源码设计精简、优雅、易读，在阅读之前理清代码的设计脉络很重要。推荐的阅读顺序是：

1.  首先，阅读外围的库是如何实现功能扩展，这样可以熟悉lua的公开API，不陷入功能细节；
2.  然后，阅读API的具体实现，lua对外暴露的API是对内部模块的一层封装，可以对核心代码有个初步的了解；
3.  其次，阅读lua VM的实现、函数调用、返回、string、metatable等实现；
4.  再次，阅读debug模式（一个额外的设施），帮助你理解lua内部细节；
5.  最后，阅读parser等编译相关的部分、垃圾收集（最难部分）

[http_www.lua.org]: http://www.lua.org/
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