lua _G 实现

 

在Lua脚本层，Lua将所有的全局变量保存在一个常规的table中，这个table被称为全局环境，并且将这个table保存在一个全局变量_G中，也就是说在脚本中可以用_G获取这个全局table，并且有_G._G == _G，在默认情况，Lua在全局环境_G中添加了标准库比如math、函数比如pairs等。可以通过下面代码，可以递归打印_G中的所有信息：

_G = {_G,........}

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1. function treaverse_global_env(curtable,level)  
2.     for key,value in pairs(curtable or {}) do  
3.     local prefix = string.rep(" ",level*5)  
4.     print(string.format("%s%s(%s)",prefix,key,type(value)))  
5.   
6.     --注意死循环  
7.     if (type(value) == "table" ) and key ~= "_G" and (not value.package) then  
8.         treaverse_global_env(value,level + 1)  
9.     elseif (type(value) == "table" ) and (value.package) then  
10.         print(string.format("%sSKIPTABLE:%s",prefix,key))  
11.     end   
12.     end   
13. end  
14.   
15. treaverse_global_env(_G,0)  

注意Lua虚拟机本身是不会使用_G这个变量的，在脚本中，可以任意改变这个变量_G的值，不会影响任何环境或副作用。比如下面代码：

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1. local cf = loadstring(" local i=0  i=i+1 print(i) ")  
2.   
3. --从后面两个输出我们可以看出，生成的函数的环境就是全局_G  
4. print(cf,getfenv(cf),_G)  -- function: 0025AF58      table: 00751C68 table: 00751C68  
5.   
6. --改变_G的值  
7. _G = {}  
8. cf()  --1  
9.   --cf中存储了_G的地址   _G 可以看做一个指针  _G = {} 相当于 将_G指向一个新表  但是cf中存储的内容并没有变
10. --虽然改变了_G的值，但函数的的环境仍然是全局环境table地址仍然是00751C68  
11. print(cf,getfenv(cf),_G)  -- function: 0075AF58      table: 00751C68 table: 0075B468  

默认情况下，在Lua中当compiles a chunk时，都是以_G作为环境的，当然可以通过函数load或loadfile，改变compiles a chunk时的环境。在C中，可以使用lua_load（类似有luaL_load*作为前缀的辅助函数）
来load a lua chunk，load的后得到的函数，默认情况下，它的第一个upvalue就是_G，我们可以改变第一个upvalue，来改变得到的函数执行环境。

变量_G是在C中注册的(源码linit.c, lbaselib.c中)，在C中，可以直接调用lua_pushglobaltable把这个全局环境压入栈中，在lua5.2 该函数实质就是从注册表中获取这个全局环境，即lua_pushglobaltable用下面宏定义的：

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1. #define lua_pushglobaltable(L) lua_rawgeti(L, LUA_REGISTRYINDEX, LUA_RIDX_GLOBALS)  

这里的LUA_REGISTRYINDEX是Lua注册表（注册表是lua虚拟机范围内是全局唯一的）的伪索引，LUA_RIDX_GLOBALS是全局环境在注册表中的索引（也就说，全局环境_G是虚拟机范围内是全局唯一的）。

在创建注册表 向注册表中添加_G表

最后可以通过源码，来了解一下_G全局环境的变量的注册。在一个Lua虚拟机中，用一个全局结构global_State来管理多个lua_State。在调用luaL_newstate()时，在创建一个全局结构global_State和一个lua_State后，
luaL_newstate会调用f_luaopen，然后f_luaopen调用init_registry来初始化注册表，函数init_registry代码如下：

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1. /* 
2. ** 创建注册表和表中预定义的值 
3. */  
4. static void init_registry (lua_State *L, global_State *g) {  
5.   TValue mt;   
6.   /*创建注册表，初始化注册表数组部分大小为LUA_RIDX_LAST*/  
7.   Table *registry = luaH_new(L);  //创建一个空的table
8.   sethvalue(L, &g->l_registry, registry);    
9.   luaH_resize(L, registry, LUA_RIDX_LAST, 0);   //重构 table 的大小
10.   
11.   /*把这个注册表的数组部分的第一个元素赋值为主线程的状态机L(这里所说的线程并非是os的线程，而是lua的状态机概念)*/  
12.   /*即 registry[LUA_RIDX_MAINTHREAD] = L */  
13.   setthvalue(L, &mt, L);   
14.   luaH_setint(L, registry, LUA_RIDX_MAINTHREAD, &mt);  
15.   
16.   /*把注册表的数组部分的第二个元素赋值为全局表，即registry[LUA_RIDX_GLOBALS] = table of globals */  
17.   sethvalue(L, &mt, luaH_new(L));  
18.   luaH_setint(L, registry, LUA_RIDX_GLOBALS, &mt);  

全局表注册到脚本中的，这样在脚本就可以使用变量_G来获取全局表了，代码如下：

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1. static const luaL_Reg loadedlibs[] = {   
2.   {"_G", luaopen_base},  
3.   {LUA_LOADLIBNAME, luaopen_package},  
4.   /* 
5.   **省略了一些代码 
6.          */  
7.   {LUA_DBLIBNAME, luaopen_debug},  
8.   {NULL, NULL}  
9. };  
10.   
11. LUALIB_API void luaL_openlibs (lua_State *L) {  
12.   const luaL_Reg *lib;  
13.   /* 从'loadedlibs'中调用函数，并把调用的结果res除了package.loaded[modname]=res */  
14.   /*同时设置到全局变量modname中，供脚本层调用*/  
15.   for (lib = loadedlibs; lib->func; lib++) {  
16.     luaL_requiref(L, lib->name, lib->func, 1);   
17.     lua_pop(L, 1);  /* remove lib */  
18.   }  
19.   /* 
20.   **省略了一些代码 
21.          */  
22. }  

在函数luaopen_base中会把脚本用到的函数注册到全局表， 代码如下:

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1. static const luaL_Reg base_funcs[] = {   
2.   {"assert", luaB_assert},  
3.   {"collectgarbage", luaB_collectgarbage},  
4.   /* 
5.   **省略了一些代码 
6.          */  
7.   {"xpcall", luaB_xpcall},  
8.   {NULL, NULL}  
9. };  
10.       
11. LUAMOD_API int luaopen_base (lua_State *L) {  
12.   /* 设置_G._G = _G*/  
13.   lua_pushglobaltable(L);  
14.   lua_pushglobaltable(L);  
15.   lua_setfield(L, -2, "_G");  // _G._G =_G 
16.   /*在全局表中添加脚本中用到的全局函数*/  
17.   luaL_setfuncs(L, base_funcs, 0);   
18.   lua_pushliteral(L, LUA_VERSION);  
19.   lua_setfield(L, -2, "_VERSION");  /* set global _VERSION */  
20.   return 1;   

总结：

_G为加载的每个模块的默认环境变量，第一个upvalue就是_G，_G保存再注册表中，

1.当创建注册表的时候创建_G同时向注册表中添加_G（注册表的创建是在lua_newstate时）

2.在openlib时 取出注册表中创建的_G table 将其压入lua栈中 

3.luaopen_base将一些全局函数放入_G表中