1.Lua GC机制分析与理解-上
2.Lua5.4 源码剖析——虚拟机2 之 闭包与UpValue
3.Lua的源验证编译和反编译
4.LuaJIT源码分析（一）搭建调试环境
5.lua文件怎么打开？
6.如何在Window系统安装Luarocks（踩坑篇）

Lua GC机制分析与理解-上

       lua的垃圾回收(Garbage Collect)在lua编程中占据关键地位，尤其在5.3.4版本的码去源码中，本文将基于此版本进行深入探讨。掉已lua采用的源验证是标记清除式GC算法，其流程包括标记和清除两步骤：标记阶段从若干根节点开始，码去逐层追踪相关对象；清除阶段遍历标记过的掉已来电全屏显示源码对象链表，删除不再需要的源验证内存。

       在lua的码去垃圾回收中，使用白、掉已灰、源验证黑三种颜色标识对象的码去状态。白色代表可回收状态，掉已初始对象为白色，源验证表示未被访问；灰色代表待标记状态，码去已访问但引用的掉已其他对象未标记；黑色则表示对象已完全标记，不可回收。为了区分新建对象的特殊情况，lua引入了白1和白2，确保在标记阶段结束后的清除阶段，新创建的对象不会被错误地清除。

       GC过程从新建对象开始，通过luaC_newobj函数创建可回收对象，并将其标记为白色。触发GC的条件包括手动调用或内存使用超过设定阈值。在lua5.1之后，引入了分步执行机制，提高了系统的实时性，核心函数singlestep负责管理整个过程。

       标记阶段从根对象开始，将白色变为灰色，并加入灰色链表。清除阶段则根据对象类型分步进行，如字符串直接回收，其他类型逐个检查颜色并释放空间。整个过程非搬迁式，不涉及内存整理。

       总结起来，lua的GC机制就是通过灰色链表进行标记，然后遍历内存链表进行清除。虽然本文主要基于5.3.4版本，但原理适用于不同版本的lua。任何理解或改进的建议，都欢迎读者批评指正，期待您的反馈，感谢阅读。

Lua5.4 源码剖析——虚拟机2 之 闭包与UpValue

       故事将由我们拥有了一段 Lua 代码开始，我们先用 Lua 语言写一段简单的打印一加一计算结果的 Lua 代码，并把代码保存在 luatest.lua 文件中：

       可执行的一个 Lua 文件或者一份单独的文本形式 Lua 代码，在 Lua 源码中叫做 "Chunk"。无论我们通过什么形式去执行，智能匹配源码或者用什么编辑器去执行，最终为了先载入这段 Lua 的 Chunk 到内存中，无外乎会归结到以下两种方式：1）Lua 文件的载入：require 函数 或 loadfile 函数；2）Lua 文本代码块的载入：load 函数；这两种方式最终都会来到下面源码《lparse.c》luaY_parser 函数。该函数是解析器的入口函数，负责完成代码解析工作，最终会创建并返回一个 Lua 闭包（LClosure），见下图的红框部分：

       另外，上图中间有一行代码最终会调用到 statement 函数，statement 函数是 Chunk 解析的核心函数，它会一个一个字符地处理我们编写的 Lua 代码，完成词法分析和语法分析工作，想要了解字符处理整个状态流程的可以自行研读该部分源码，见源码《lparse.c》statement 函数部分代码：

       完成了解析工作之后，luaY_parser 函数会把解析的所有成果放到 Lua 闭包（LClosure）对象之中，这些存储的内容能保证后续执行器能正常执行 Lua 闭包对应的代码。

       Lua 闭包由 Proto（也叫函数原型）与 UpValue（也叫上值）构成，见源码《lobject.h》LClosure 定义，我们下面将进行详细的讲解：

       UpValue 是 Lua 闭包数据相关的，在 Lua 的函数调用中，根据数据的作用范围可以把数据分为两种类型：1）内部数据：函数内部自己定义的数据，或者通过函数参数的形式传入的数据（在 Lua 中通过参数传入的数据本质上也是先赋值给一个局部变量）；2）外部数据：在函数的更外层进行定义，脱离了该函数后仍然有效的数据；外部数据在我们的 Lua 闭包中就是 UpValue，也叫上值。

       既然 Lua 支持函数嵌套，也知道了 UpValue 本质就是上层函数的内部数据。那么 UpValue 有必要存储于 Lua 闭包（LClosure）结构体当中吗？是为了性能考虑而做的一层指针引用缓存吗？回答：并不是基于性能的考虑，因为在实际的 Lua 运用场景中，函数嵌套的层数通常来说不会太多，个别函数多一层的查询访问判断不会带来过多的性能开销。需要在闭包当中存储 UpValue 主要原因是因为内存。Lua 作为一门精致小巧的脚本语言，设计初衷不希望占用过多的系统内存，它会尽量及时地清理内存中用不到的对象。在嵌套函数中，内层函数如果仍然有被引用处于有效状态，而外层函数已经没有被引用了已经无效了，此时 Lua 支持在保留内层函数的情况下，对外层函数进行清除，从而可以清理掉外层函数引用的非当前函数 UpValue 用途以外的大量数据内存。

       尽管外层函数被清除了，Lua 仍然可以保持内层函数用到的 UpValue 值的有效性。UpValue 如何能继续保持有效，我们在之前的基础教程《基本数据类型 之 Function》里面学习过，主要是因为 UpValue 有 open 与 close 两种状态，当外层函数被清除的时候，UpValue 会有一个由 open 状态切换到 close 状态的过程，会对数据进行一定的处理，感兴趣的同学可以回到前面复习一下。

       UpValue 有效性例子

       接下来我们举一个代码例子与一个图例，庄股轨迹源码表现一下 UpValue 在退出外层函数后仍然生效的情况，看一下可以做什么样的功能需求，加深一下印象，请看代码与注释：

       上述代码在执行 OutFunc 函数后，外层的 globalFunc 函数变量完成了赋值，每次对它进行调用，都将可以对它引用的 UpValue 值即 outUpValue 变量进行正常加 1。

       函数的内部数据属于函数自身的内容，外部其它函数无法通过直接的方式访问其它函数的内部数据。函数自身的东西会存在于 LClosure 结构体的 Proto*p 字段中。Proto 全称 "Function Prototypes"，通常也可以叫做 "函数原型"，我们来看一下它的定义，见源码《lobject.h》Proto 结构体：

       结构体字段比较多，我们先不细看，后面用到哪个字段会再进行补充说明。函数的内部数据分为常量与变量（即函数局部变量），分别对应上图的如下字段：

       1）常量：TValue* k 为指针指向常量数组；int sizek 为函数内部定义的常量个数，也即常量数组 k 的元素个数。

       2）局部变量：LocVar* locvars 为指针指向局部变量数组；int sizelocvars 为函数定义的局部变量个数，也即局部变量数组 locvars 的元素个数。

       UpValue 的描述信息会存储在 Proto 结构体中的 Upvaldesc* upvalues 字段，解析器解析 Lua 代码的时候会生成这个 UpValue 描述信息，并用于生成指令，而执行器运行的时候可以通过该描述信息方便快速地构建出真正的 UpValue 数组。

       至此，我们知道了函数拥有 UpValue，有常量，有局部变量。外部数据 UpValue 也讲完，内部数据也讲完。接下来，我们开始学习函数运行的逻辑指令相关内容。

       函数逻辑指令存储于函数原型 Proto 结构体中，这些函数逻辑是由一行行的 Lua 代码构成的，代码会被解析器翻译成 Lua 虚拟机能识别的指令，我们把这些指令称为 "OpCode"，也叫 "操作码"。Proto 结构体存储 OpCode 使用的是下图中红框部分字段，见源码《lobject.h》Proto 结构体：

       至此，我们可以简单提前说一下 Lua 虚拟机的功能了，本质上来看，Lua 虚拟机的工作，就是为当前函数（或者当前一段 OpCode 数组）准备好数据，然后有序执行 OpCode 指令。

       对 OpCode 有了一定的认识了，接下来我们要补充一个 OpCode 相关的 Lua 闭包相关的内容，就是 Lua 闭包的运行环境。

       一个 Lua 文件在载入的佛山源码群时候会先创建出一个最顶层（Top level）的 Lua 闭包，该闭包默认带有一个 UpValue，这个 UpValue 的变量名为 "_ENV"，它指向 Lua 虚拟机的全局变量表，即_G 表，可以理解为_G 表即为当前 Lua 文件中代码的运行环境 (env)。事实上，每一个 Lua 闭包它们第一个 UpValue 值都是_ENV。

       ENV 的定义在我们之前提到的解析器相关函数 mainfunc 中，见源码《lparser.c》：

       如果想要设置这个载入后的初始运行环境不使用默认的 _G 表，除了直接在该文件代码中重新赋值_ENV 变量这种粗暴且不推荐的方式以外，通常是通过我们前面提到的加载 Lua 文件函数或加载 Lua 字符串代码函数传入 env 参数（Table 类型），就可以用自定义的 Table 作为当前 Lua 闭包的全局变量环境了，env 参数为上面两个函数的最末尾一个参数，'[' 与 ']' 字符中的内容表示参数可选，函数的定义摘自 Lua5.4 官网文档：

       所以我们可以在 Lua 代码通过 _ENV 访问当前环境：

       在 Lua 的旧版本中，变量的查询最多会分为 3 步：1）先从函数局部变量中进行查找；2）找不到的话就从 UpValue 中查找；3）还找不到就从全局环境默认 _G 表查找。而在 Lua5.4 中，把 UpValue 与全局 _G 表的查询统一为 UpValue 查询，并把一些操作判断提前到了解析器解析阶段进行，例如函数内部使用的某个 UpVaue 变量在代码解析的时候就可以通过 UpValue 描述信息知道存储于 Lua 闭包 upvals 数组的哪个下标位置，在执行器运行的时候只需要直接在数组拿取对应下标的这个 UpValue 数据即可。

       从 OpCode 的层面来看，Lua 除了支持通过一个 UpValue 数组下标访问一个 UpValue 变量，在把 _G 表合并到 UpValue 之后，Lua 为此实现了通过一个字符串 key 值从某个 Table 类型的 UpValue 中查询变量的操作。

       至此，我们了解了 Lua 闭包的结构与运行环境，以及 OpCode 的基本概念。接下来，我们将深入学习 OpCode，掌握 OpCode 就掌握了整个 Lua 虚拟机数据与逻辑的流向。

Lua的编译和反编译

       无论是Unity项目还是Unreal的项目，我通常会使用Lua进行编程。在项目打包阶段，Lua的编译和反编译是不可或缺的步骤。在本文中，我们将探讨如何对Lua代码进行编译与反编译，以及如何利用不同的工具进行操作。

       对于Lua代码的编译，我们通常有两种方法。一种是使用lua脚本直接运行代码，另一种是使用Lua的编译器（如Luac）将源代码转换为Lua字节码。通过使用指令`lua ./TestLua.lua`，我们可以测试代码的正确性。Luac是将Lua源代码编译为Lua字节码的工具，编译成功后，我们可以通过运行编译后的字节码来验证结果，一切顺利。

       另一种流行的外买源码Lua编译器是Luajit，它在Unity项目中被广泛使用。使用Luajit可以提升执行速度。如果遇到编译错误，只需确保将`luajit\src\src\jit`文件放在`luajit.exe`的同一目录下的`lua`文件夹中即可。通过直接运行包含测试代码的Lua文件，我们可以确认编译和运行的流程是正确的。

       在对比了两种编译方法后，我们发现它们都有各自的特点和适用场景。Luac适用于简单的脚本或对代码优化要求不高的情况，而Luajit则更适合需要高性能的项目，特别是那些对运行速度有较高要求的场景。

       对于Lua的反编译，最常用的工具是`luadec`。通过将`luadec`工具与Visual Studio项目进行集成，我们能够对编译后的字节码进行反编译，恢复源代码。在尝试反编译后，我们得到了清晰可读的代码，即使在不使用调试信息的情况下，反编译结果也具有一定的可读性。

       对于更复杂的反编译需求，如支持位字节码的反编译，我们遇到了一些挑战。目前，有一个名为`ljd`的工具支持位字节码的反编译，但仅限于位平台。对于位平台的字节码，我们可能需要自行修改`ljd`的Python代码来支持，这是一个需要时间和专业知识的额外工作。尽管如此，对于大部分应用场景，上述工具已经足够满足我们的需求。

       总之，Lua的编译和反编译是Lua项目开发过程中的重要环节。通过选择合适的编译工具和反编译方法，可以有效提升代码的执行效率和调试效率。同时，对于反编译过程，我们应根据实际需求选择合适的工具，并注意其适用的平台和特性。

LuaJIT源码分析（一）搭建调试环境

       LuaJIT，这个以高效著称的lua即时编译器（JIT），因其源码资料稀缺，促使我们不得不自建环境进行深入学习。分析源码的第一步，就是搭建一个可用于调试的环境，但即使是这个初始步骤，能找到的指导也相当有限，反映出LuaJIT的编译过程复杂性。

       首先，从官方git仓库开始，通过命令`git clone https://luajit.org/git/luajit.git`获取源代码。GitHub上也有相应的镜像地址。对于调试，LuaJIT提供msvcbuild.bat脚本，位于src目录下，它将编译过程分为三个阶段：构建minilua，用于平台判断和执行lua脚本；buildvm生成库函数映射；以及lua库的编译和最终LuaJIT的生成。该脚本需在Visual Studio Command Prompt环境中以管理员权限运行，且有四个可选编译参数。

       在调试时，我们无需这些选项，但需要保留中间代码。因此，需要在脚本中注释掉清理代码的部分。在Visual Studio 的位命令提示符中，切换到src目录并运行`msvcbuild.bat`。编译过程快速，成功时会看到日志信息。在src目录下，luajit.exe即为lua虚拟机。

       接着，在src目录的同级目录创建一个VS工程，将源文件和头文件添加进来。初次尝试调试可能会遇到关于strerror函数安全性的警告，这可以通过在工程属性中添加_CRT_SECURE_NO_WARNINGS宏来解决。然而，链接阶段可能会出现重复定义的错误，这与ljamalg.c文件的编译选项有关。amalg选项用于生成单个大文件，以优化代码，但我们通常不启用它。

       排除ljamalg.c后，再次尝试调试，可能还需要手动添加buildvm阶段生成的目标文件。当LuaJIT启动并设置好断点后，就可以开始调试源码了。至此，你已经成功搭建了一个LuaJIT的调试环境，为深入理解其工作原理铺平了道路。

lua文件怎么打开？

       Lua文件可以使用文本编辑器或专用的Lua开发环境来打开和编辑。

       Lua文件本质上是一种文本文件，包含了Lua语言的源代码。因此，任何能够编辑文本的软件都可以用来打开和编辑Lua文件。常见的文本编辑器有Windows系统上的记事本，macOS系统上的TextEdit，以及跨平台的Sublime Text、VS Code等。这些编辑器都提供了基本的文本编辑功能，如打开、编辑、保存文件等。

       除了文本编辑器，还可以使用专用的Lua开发环境来打开和编辑Lua文件。Lua IDE提供了更加丰富的功能，如代码高亮、代码提示、代码调试等，这些功能可以大大提高Lua开发的效率。常见的Lua IDE有ZeroBrane Studio、Decoda IDE等。这些IDE通常都提供了友好的用户界面和丰富的开发工具，使得Lua开发变得更加便捷和高效。

       在使用文本编辑器或Lua IDE打开Lua文件时，只需要在软件中选择“打开”功能，然后浏览到Lua文件的存储位置，选择文件并打开即可。如果使用的是命令行界面，也可以使用命令行文本编辑器来打开和编辑Lua文件。

       总之，Lua文件可以使用任何文本编辑器或专用的Lua开发环境来打开和编辑。选择哪种方式取决于个人的开发习惯和需求。对于简单的Lua脚本编辑，文本编辑器可能就足够了；而对于复杂的Lua项目开发，使用专用的Lua IDE可能会更加高效。

如何在Window系统安装Luarocks（踩坑篇）

       了解Luarocks，Lua的软件包管理器，为Lua编程语言用户提供了安装和管理模块的便捷方式。Luarocks相当于Python的pip，允许用户从中央存储库、本地文件或URL安装Lua模块。模块集成为Lua扩展，增强其功能。Luarocks还能协助管理模块间的依赖关系，确保所有必需模块自动安装。

       若要安装Luarocks，首先需准备安装包和第三方工具。推荐使用Mingw作为编译环境，避免安装错误版本导致的编译问题。下载Mingw后，解压并放置在个人偏好位置，将可执行文件添加至环境变量中。通过命令行运行gcc --version，确认环境配置成功。

       接着，下载Lua源码并解压，新建build.cmd文件，输入编译指令。双击执行，待编译完成，即可在build文件夹中找到Lua执行文件。

       下载Luarocks源码并解压，使用提供的编译指令在命令行中执行。配置环境变量后，便能轻松安装Lua的第三方库。

       安装第三方Lua库时，可能遇到编译问题，如找不到md5对比工具，需要安装OpenSSL解决。在命令行输入lua命令后，可能会遇到找不到.dll文件的情况，可通过以下两种方法解决，确保顺利使用第三方库。

       Luarocks简化了Lua开发者的软件包管理，提供了一种高效、便捷的方式扩展Lua功能，助力开发者更轻松地开发Lua应用程序。

《Lua5.4 源码剖析——基本数据类型 之 Function》

       在编程语言中，函数作为重要的元素，可以分为第一类值语言和第二类值语言。第一类值语言如Lua，其函数与数值类型、布尔类型地位相同，可动态创建、存储与销毁；第二类值语言则无法实现这些操作。Lua是第一类值语言，支持动态函数创建与销毁。

       在Lua中，函数的基本类型枚举为LUA_TFUNCTION，对应8位二进制为 。函数类型变体包括三种：LUA_VLCL（Lua闭包）、LUA_VLCF（C函数指针）和LUA_CCCL（C语言闭包）。闭包由函数与UpValue组成，UpValue为在当前函数外声明但函数内可以访问的变量，类似于局部变量但具备一定作用域。

       闭包分为C类型闭包与Lua类型闭包。C类型闭包在Lua源代码中由C语言实现，主要用于调用C函数。Lua类型闭包则在Lua中动态创建，支持多层嵌套与UpValue管理。闭包实现方式包括C语言闭包和Lua闭包。

       Lua闭包由ClosureHeader宏定义，包含闭包的类型标识、UpValue数组长度、垃圾回收列表等信息。闭包内部的函数通过Proto数据结构定义，包含参数数量、最大寄存器数量、UpValue数量等属性。Lua闭包中的UpValue通过UpVal类型管理，UpVal状态分为open和close两种，open状态时UpVal存储在链表中，close状态时UpVal的值被保存，直到函数返回时才被销毁。

       在实现多返回值时，Lua通过调整运行堆栈的结构，将多个返回值合并，减少内存使用。在尾调用消除中，Lua在函数执行结束时，复用当前函数的栈空间进行下一次函数调用，避免了堆栈溢出的问题。Lua的尾调用优化使得函数调用效率更高，程序运行更稳定。

自制组态软件（）lua编译器之语法分析

       前文已经完成了词法分析，将lua源码切割成一系列的token，接下来我们将处理这些token。以下是我们需要分析的lua文件内容：

       该文件首先定义了一个lua函数，并随后调用它。为了简化处理，我们先支持以下lua文件内容，我们移除了函数定义和调用，突出显示if语句。

       首先，我们定义了block，因为所有语句都在block中。例如，下面的block中包含了两条if语句。

       block的定义如下：stats是语句数组，表示该block中的所有语句，retExps是返回语句的表达式。

       接下来，我们定义if语句。exps是表达式的数组，用于记录if语句的表达式，blocks用于表示if语句的语句块。现在，让我们来看看函数调用表达式。prefixExp为前缀，在此例中为"setValue"，args为函数的参数。

       语句分析完毕，我们再来看表达式的解析，我们要支持的表达式为：加法和相等判断都是二元运算，因此我们定义了二元运算。

       材料已经准备就绪，我们现在来实现语法分析。从block开始。

       上述内容都很好理解，我们通过循环调用parseStat函数处理一条条语句，生成block。接下来看看处理语句的parseStat。

       可以看出，我们现在支持两种语句：一是if语句，二是函数调用语句。先看看if语句。

       nextTokenOfKind函数用于判断当前token是否为参数中的类型，如果不是，则直接报错。

       然后调用parseExp解析if的表达式，表达式将在语句解析完成后处理。

       parseBlock函数用于解析if条件满足时运行的语句。

       如果if语句有else语句，则同样调用parseBlock函数来解析else条件满足时运行的语句。

       解析完if语句，再看看函数调用语句的解析，即parseAssignOrFuncCallStat函数。

       首先会创建nameExp表达式，因为函数名是一个标识符，将在parsePrefixExp中被处理。然后调用_finishPrefixExp函数，由于标识符后是"("符号，所以会调用_finishFuncCallExp函数，在这个函数中会调用_parseArgs处理函数调用的参数，最后生成funcCallExp表达式，函数解析完成。

       语句分析完毕，我们再来看表达式的解析，即parseExp函数。

       这段逻辑与系列()讲的内容一致，这里不再过多解释，不明白的可以参考()讲。

       最后，我们来看看函数参数的解析，即_parseArgs函数。

       _parseArgs函数首先跳过函数调用开头的"("，然后调用parseExpList函数，这个函数调用parseExp函数完成函数参数的解析。

       好了，本文到此结束。

       项目地址：GitHub - zhzhz/iscada