Lua设计与实现(二) -- Lua中的数据类型

Lua设计与实现

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1. Lua中我们使用一个通用的数据结构lua_TValue 来统一表示所有在Lua虚拟机中需要保存的数据类型。

2. 首先在C语言中实现通用数据结构的一般做法

   首先两点：

   • 需要一个字段来存储数据的类型
   • 需要存储不同的类型的数据

   有两种方法来表示：

   • 定义一个公共的数据结构作为基础类型，其他基本类型是从这个具体的类型中派生出来的

     struct base{
         int type;       // 定义基础的数据类型
         
     };
     
     struct string {
         struct base info;
         int len;
         cahr* data[0];
         
     };
     
     struct number {
         struct base info;
         double num;
         
     };
     

   • 使用联合将所有的数据包起来

     struct string{
      int len;
      char * data[0];
         
     };
     
     struct number {
         double num;
         
     };
     
     struct value {
         int type;
         union{
             string str;
             number num;
             
         } value;
         
     };
     

3. Lua通用数据结构的实现

   主要有：数字，字符串，关联表，nil, userdata, Lua函数， C函数

   /*
   ** basic types                     //  类型          对应的数据结构
   */
   #define LUA_TNONE		(-1)       //  无类型        无
                                 
   #define LUA_TNIL		0          //  空类型        无
   #define LUA_TBOOLEAN		1      //  布尔类型      无
   #define LUA_TLIGHTUSERDATA	2      //  指针          void*
   #define LUA_TNUMBER		3          //  数据         lua_Number 
   #define LUA_TSTRING		4          //  字符串       TString
   #define LUA_TTABLE		5          //  表           Table
   #define LUA_TFUNCTION		6      //  函数         CClosure\ LClosure
   #define LUA_TUSERDATA		7      //  指针         void*
   #define LUA_TTHREAD		8          //  Lua虚拟机，协程  lua_State
   

   Lua内部用一个宏表示那些数据类型需要GC

   // LUS_TSTRING 之后的数据类型都需要GC操作
   #define iscollectable(o)	(ttype(o) >= LUA_TSTRING)
   

   这些需要进行GC操作的数据类型都会有一个CommonHeader宏定义的成员，并且这个成员在结构体定义的最开始部分

   typedef struct Table {
     CommonHeader;                 // 作为需要GC回收的标志
     lu_byte flags;                /* 1<<p means tagmethod(p) is not present */ 
     lu_byte lsizenode;  /* log2 of size of `node' array */
     struct Table *metatable;
     TValue *array;  /* array part */
     Node *node;
     Node *lastfree;  /* any free position is before this position */
     GCObject *gclist;
     int sizearray;  /* size of `array' array */
   } Table;
   

   CommonHeader的定义：

   /*
   ** Common Header for all collectable objects (in macro（巨大的） form, to be
   ** included in other objects)
   ** 
   ** next 指向下一个GC链表的成员
   ** tt   表示数据类型，即前面表示那些数据类型的宏
   ** marked  GC相关的标志位
   */
   
   #define CommonHeader	GCObject *next; lu_byte tt; lu_byte marked
   

   还有一个GCheader结构体，其中成员只有CommonHeader

   /*
   ** Common header in struct form
   */
   typedef struct GCheader {
     CommonHeader;
   } GCheader;
   

   在Lua中就使用GCObject；联合体将所有需要进行垃圾回收的数据类型囊括起来

   /*
   ** Union of all collectable objects
   */
   union GCObject {
     GCheader gch;
     union TString ts;
     union Udata u;
     union Closure cl;
     struct Table h;
     struct Proto p;
     struct UpVal uv;
     struct lua_State th;  /* thread */
   };
   

   结论：

   • 任何需要进行垃圾回收的Lua数据类型，必然是以CommonHeader作为该结构体定义的最开始部分。
   • GCobject这个联合体将所有需要垃圾回收的数据类型全部囊括其中，这样定位和查找不同类型的数据就比较方便。

   /*
   ** Union of all Lua values 
   ** 这几种类型不需要进行垃圾回收
   */
   typedef union {
     GCObject *gc;
     void *p;
     lua_Number n;
     int b;
   } Value;
   
   

   
   
   
   /*
   ** Tagged Values
   */
   
   #define TValuefields	Value value; int tt
   
   typedef struct lua_TValue {
     TValuefields;
   } TValue;
   
   

   Lua通用数据结构组织

   • 具体类型中有CommonHeader,用来存放所有数据类型都通用的字段
   • TValue作为统一表示所有数据的数据结构，内部使用了联合体Value将所有数据都包含起来。