本篇文章，主要探討一下lua中的指令系統（涉及到的檔案 lopcodes.c ）。

在lua中，用32位的unsigned int型別來表示一條指令操作碼，32位值包含了6位的操作碼和26位的指令欄位兩部分內容。

  All instructions have an opcode in the first 6 bits.
  Instructions can have the following fields:
 `A' : 8 bits
 `B' : 9 bits
 `C' : 9 bits
 `Bx' : 18 bits (`B' and `C' together)
 `sBx' : signed Bx

enum OpMode {iABC, iABx, iAsBx};  /* basic instruction format */

依據上面的列舉值，指令碼目前有三種形式，即iABC，iABx，iAsBx，結構圖如下：

對於指令欄位A，B，C，有以下三種形式的取值來源：

/*
** R(x) - register
** Kst(x) - constant (in constant table)
** RK(x) == if ISK(x) then Kst(INDEXK(x)) else R(x)
*/
其中，用R來表示暫存器值，Kst表示常量表，RK表示可能是常量表或者暫存器。

lua5.14中總共擁有38條指令操作碼，操作碼名稱如下：

const char *const luaP_opnames[NUM_OPCODES+1] = { "MOVE", "LOADK", "LOADBOOL", "LOADNIL", "GETUPVAL", "GETGLOBAL", "GETTABLE", "SETGLOBAL", "SETUPVAL", "SETTABLE", "NEWTABLE", "SELF", "ADD", "SUB", "MUL", "DIV", "MOD", "POW", "UNM", "NOT", "LEN", "CONCAT", "JMP", "EQ", "LT", "LE", "TEST", "TESTSET", "CALL", "TAILCALL", "RETURN", "FORLOOP", "FORPREP", "TFORLOOP", "SETLIST", "CLOSE", "CLOSURE", "VARARG", NULL };

操作碼列舉值，和上面的操作碼名稱一一對應，方便呼叫：

typedef enum { /*---------------------------------------------------------------------- name args description ------------------------------------------------------------------------*/ OP_MOVE,/* A B R(A) := R(B) */ OP_LOADK,/* A Bx R(A) := Kst(Bx) */ OP_LOADBOOL,/* A B C R(A) := (Bool)B; if (C) pc++ */ OP_LOADNIL,/* A B R(A) := ... := R(B) := nil */ OP_GETUPVAL,/* A B R(A) := UpValue[B] */ OP_GETGLOBAL,/* A Bx R(A) := Gbl[Kst(Bx)] */ OP_GETTABLE,/* A B C R(A) := R(B)[RK(C)] */ OP_SETGLOBAL,/* A Bx Gbl[Kst(Bx)] := R(A) */ OP_SETUPVAL,/* A B UpValue[B] := R(A) */ OP_SETTABLE,/* A B C R(A)[RK(B)] := RK(C) */ OP_NEWTABLE,/* A B C R(A) := {} (size = B,C) */ OP_SELF,/* A B C R(A+1) := R(B); R(A) := R(B)[RK(C)] */ OP_ADD,/* A B C R(A) := RK(B) + RK(C) */ OP_SUB,/* A B C R(A) := RK(B) - RK(C) */ OP_MUL,/* A B C R(A) := RK(B) * RK(C) */ OP_DIV,/* A B C R(A) := RK(B) / RK(C) */ OP_MOD,/* A B C R(A) := RK(B) % RK(C) */ OP_POW,/* A B C R(A) := RK(B) ^ RK(C) */ OP_UNM,/* A B R(A) := -R(B) */ OP_NOT,/* A B R(A) := not R(B) */ OP_LEN,/* A B R(A) := length of R(B) */ OP_CONCAT,/* A B C R(A) := R(B).. ... ..R(C) */ OP_JMP,/* sBx pc+=sBx */ OP_EQ,/* A B C if ((RK(B) == RK(C)) ~= A) then pc++ */ OP_LT,/* A B C if ((RK(B) < RK(C)) ~= A) then pc++ */ OP_LE,/* A B C if ((RK(B) <= RK(C)) ~= A) then pc++ */ OP_TEST,/* A C if not (R(A) <=> C) then pc++ */ OP_TESTSET,/* A B C if (R(B) <=> C) then R(A) := R(B) else pc++ */ OP_CALL,/* A B C R(A), ... ,R(A+C-2) := R(A)(R(A+1), ... ,R(A+B-1)) */ OP_TAILCALL,/* A B C return R(A)(R(A+1), ... ,R(A+B-1)) */ OP_RETURN,/* A B return R(A), ... ,R(A+B-2) (see note) */ OP_FORLOOP,/* A sBx R(A)+=R(A+2); if R(A) <?= R(A+1) then { pc+=sBx; R(A+3)=R(A) }*/ OP_FORPREP,/* A sBx R(A)-=R(A+2); pc+=sBx */ OP_TFORLOOP,/* A C R(A+3), ... ,R(A+2+C) := R(A)(R(A+1), R(A+2)); if R(A+3) ~= nil then R(A+2)=R(A+3) else pc++ */ OP_SETLIST,/* A B C R(A)[(C-1)*FPF+i] := R(A+i), 1 <= i <= B */ OP_CLOSE,/* A close all variables in the stack up to (>=) R(A)*/ OP_CLOSURE,/* A Bx R(A) := closure(KPROTO[Bx], R(A), ... ,R(A+n)) */ OP_VARARG/* A B R(A), R(A+1), ..., R(A+B-1) = vararg */ } OpCode;

38條操作碼對應的操作模式如下：

 #define opmode(t,a,b,c,m) (((t)<<7) | ((a)<<6) | ((b)<<4) | ((c)<<2) | (m)) const lu_byte luaP_opmodes[NUM_OPCODES] = { /* T A B C mode opcode */ opmode(0, 1, OpArgR, OpArgN, iABC) /* OP_MOVE */ ,opmode(0, 1, OpArgK, OpArgN, iABx) /* OP_LOADK */ ,opmode(0, 1, OpArgU, OpArgU, iABC) /* OP_LOADBOOL */ ,opmode(0, 1, OpArgR, OpArgN, iABC) /* OP_LOADNIL */ ,opmode(0, 1, OpArgU, OpArgN, iABC) /* OP_GETUPVAL */ ,opmode(0, 1, OpArgK, OpArgN, iABx) /* OP_GETGLOBAL */ ,opmode(0, 1, OpArgR, OpArgK, iABC) /* OP_GETTABLE */ ,opmode(0, 0, OpArgK, OpArgN, iABx) /* OP_SETGLOBAL */ ,opmode(0, 0, OpArgU, OpArgN, iABC) /* OP_SETUPVAL */ ,opmode(0, 0, OpArgK, OpArgK, iABC) /* OP_SETTABLE */ ,opmode(0, 1, OpArgU, OpArgU, iABC) /* OP_NEWTABLE */ ,opmode(0, 1, OpArgR, OpArgK, iABC) /* OP_SELF */ ,opmode(0, 1, OpArgK, OpArgK, iABC) /* OP_ADD */ ,opmode(0, 1, OpArgK, OpArgK, iABC) /* OP_SUB */ ,opmode(0, 1, OpArgK, OpArgK, iABC) /* OP_MUL */ ,opmode(0, 1, OpArgK, OpArgK, iABC) /* OP_DIV */ ,opmode(0, 1, OpArgK, OpArgK, iABC) /* OP_MOD */ ,opmode(0, 1, OpArgK, OpArgK, iABC) /* OP_POW */ ,opmode(0, 1, OpArgR, OpArgN, iABC) /* OP_UNM */ ,opmode(0, 1, OpArgR, OpArgN, iABC) /* OP_NOT */ ,opmode(0, 1, OpArgR, OpArgN, iABC) /* OP_LEN */ ,opmode(0, 1, OpArgR, OpArgR, iABC) /* OP_CONCAT */ ,opmode(0, 0, OpArgR, OpArgN, iAsBx) /* OP_JMP */ ,opmode(1, 0, OpArgK, OpArgK, iABC) /* OP_EQ */ ,opmode(1, 0, OpArgK, OpArgK, iABC) /* OP_LT */ ,opmode(1, 0, OpArgK, OpArgK, iABC) /* OP_LE */ ,opmode(1, 1, OpArgR, OpArgU, iABC) /* OP_TEST */ ,opmode(1, 1, OpArgR, OpArgU, iABC) /* OP_TESTSET */ ,opmode(0, 1, OpArgU, OpArgU, iABC) /* OP_CALL */ ,opmode(0, 1, OpArgU, OpArgU, iABC) /* OP_TAILCALL */ ,opmode(0, 0, OpArgU, OpArgN, iABC) /* OP_RETURN */ ,opmode(0, 1, OpArgR, OpArgN, iAsBx) /* OP_FORLOOP */ ,opmode(0, 1, OpArgR, OpArgN, iAsBx) /* OP_FORPREP */ ,opmode(1, 0, OpArgN, OpArgU, iABC) /* OP_TFORLOOP */ ,opmode(0, 0, OpArgU, OpArgU, iABC) /* OP_SETLIST */ ,opmode(0, 0, OpArgN, OpArgN, iABC) /* OP_CLOSE */ ,opmode(0, 1, OpArgU, OpArgN, iABx) /* OP_CLOSURE */ ,opmode(0, 1, OpArgU, OpArgN, iABC) /* OP_VARARG */ };

操作模式計算公式如下：

#define opmode(t,a,b,c,m) (((t)<<7) | ((a)<<6) | ((b)<<4) | ((c)<<2) | (m))

用8位值來表示

/*
** masks for instruction properties. The format is:
** bits 0-1: op mode
** bits 2-3: C arg mode
** bits 4-5: B arg mode
** bit 6: instruction set register A
** bit 7: operator is a test
*/ 

依次從低位到高位表示如下含義：

第0，1位表示操作碼模式，取值於 enum OpMode {iABC, iABx, iAsBx};  /* basic instruction format */

第2，3位表示引數C模式，取值於 enum OpArgMask {
  OpArgN,  /* argument is not used */
  OpArgU,  /* argument is used */
  OpArgR,  /* argument is a register or a jump offset */
  OpArgK   /* argument is a constant or register/constant */
};

其中OpArgN表示未用引數，OpArgU表示可用引數，OpArgR表示暫存器引數或者跳轉指令，OpArgK表示常量表或者暫存器引數，

第4，5位表示引數B模式，取值於C取值範圍一致。

第6位表示暫存器引數A是否被設定。

第7位表示是否測試操作。