实现Lua中数据类型的源码分享

2014年11月30日作者：hebedich

概述

在Lua中有8种基础类型：nil、boolean、number、string、userdata、function、thread和table。可以使用函数type查看某个变量或值的类型，返回相应的类型名称。像其他动态语言一样，在语言中没有类型定义的语法，每个值都携带了它自身的类型信息。下面将通过Lua 5.2.1的源码来看类型的实现。

源码实现

Lua将值表示成带标志的联合结构，代码如下（lobject.h）：

 90 /* 
 91 ** Union of all Lua values 
 92 */ 
 93 typedef union Value Value; 
100 /* 
101 ** Tagged Values. This is the basic representation of values in Lua, 
102 ** an actual value plus a tag with its type. 
103 */ 
104  
105 #define TValuefields  Value value_; int tt_ 
400 struct lua_TValue { 
401  TValuefields; 
402 };

可以看出结构体有两个成员：

一个是整型的tt_用来表示数据类型，Lua中所有的数据类型定义如下（lua.h）：

78 #define LUA_TNIL    0 
79 #define LUA_TBOOLEAN    1 
80 #define LUA_TLIGHTUSERDATA 2 
81 #define LUA_TNUMBER   3 
82 #define LUA_TSTRING   4 
83 #define LUA_TTABLE   5 
84 #define LUA_TFUNCTION    6 
85 #define LUA_TUSERDATA    7 
86 #define LUA_TTHREAD   8

可以看到实现了9种数据类型，其中把语法中userdata分为LUA_TLIGHTUSERDATA和LUA_TUSERDATA，其中前一种类型即为轻量级userdata（light userdata），轻量级userdata是一种表示C指针的值，对Lua虚拟机来说，这种数据类型不需要GC（垃圾回收），其指向的内存由用户分配和释放；后一种userdata类型完全userdata（full userdata），内存是由Lua虚拟机分配，并有GC机制负责处理。

结构体lua_TValue另一个数据成员是value_，它是一个联合体，代码如下（lobject.h）：

 96 #define numfield  lua_Number n;  /* numbers */ 
103 typedef LUA_NUMBER lua_Number;(lua.h) 
392 #define LUA_NUMBER   double(luaconf.h) 
391 union Value {  
392  GCObject *gc;  /* collectable objects */ 
393  void *p;     /* light userdata */ 
394  int b;      /* booleans */ 
395  lua_CFunction f; /* light C functions */ 
396  numfield     /* numbers */ 
397 };

通过注释，可以很容易理解每个成员的含义，但有必要对以下几个成员说明：

numfield：用来表示所有数值，其实质对应的是double类型。包括整型也是用这个来表示。另外在Lua 5.3实现，分开了整型和浮点数的表示。

GCObject *gc：用来指向那些需要垃圾回收的对象，包括string、table、function、完全userdata和thread类型。GCObject用来表示可以垃圾回收的对象，它也是一个联合体，其代码如下（lstate.h）

185 union GCObject { 
186  GCheader gch; /* common header */ 
187  union TString ts; 
188  union Udata u; 
189  union Closure cl; 
190  struct Table h; 
191  struct Proto p; 
192  struct UpVal uv; 
193  struct lua_State th; /* thread */ 
194 };

其中成员GCheader gch主要用于GC回收机制使用。其他成员比如TString ts才是真正存储值的结构，而这些数据结构也会有GCheader，用于GC管理。

总的来说，Lua中各种数值类型结构如下：

最后，关于Lua的数据类型实现，值得指出使用带标志的结构体来表示Lua的数值类型，使得Lua中任何一种数据类型至少占用的空间是个16字节（结构体还需要对其），就算nil类型，也会占用8个字节的空间，因此拷贝Lua值是比较耗时的。下一篇文章将讨论Lua字符串的实现。

以上所述就是本文的全部内容了，希望大家能够喜欢。