轉自 https://blog.csdn.net/suhuaiqiang_janlay/article/details/56702381

一、Lua指令碼語言

1. 概述

Lua是一種指令碼程式語言，與一般指令碼語言不同，被稱為是嵌入式的指令碼語言。Lua最著名的應用是在暴雪公司的網路遊戲魔獸世界中。

Lua語言可以獨立進行程式設計，但這不是其主要的使用方式。Lua最典型的用法，是作為一個庫，嵌入到其他大型語言（稱為宿主語言）的應用程式之中，為應用程式提供引數配置或邏輯描述等功能，帶來前所未有的靈活性。

Lua常見的宿主語言有：C/C++、Java、.NET，甚至指令碼語言如PHP、Ruby。

2. Lua與相似解決方案的比較

Lua體積很小，往往使用靜態連結嵌入到程式內部，在釋出應用時不需要附帶任何的執行時支援。

3. 宿主語言中嵌入Lua的工作流程

（1）宿主語言建立Lua直譯器物件

（2）將宿主語言實現的Lua擴充套件，如函式等，註冊到Lua直譯器中，供其使用。

（3）讀入Lua源程式或預先編譯好的Lua程式。

（4）執行讀入的Lua程式。

二、Lua虛擬機器的初始化

Lua工作的核心是Lua虛擬機器，宿主語言在載入和執行Lua指令碼時，做的第一件事情就是建立並初始化Lua虛擬機器。

1. 建立Lua虛擬機器

lua_State *lua_newstate(lua_Alloc f, void *ud) API可以為我們建立一個新的獨立的Lua虛擬機器。

引數指定了虛擬機器中的記憶體分配策略，例如我們已經在自己的程式碼中實現了記憶體池，這時候只需要寫一個符合lua_Alloc原型的介面卡，然後指定為Lua的記憶體分配器就可以了，使得記憶體分配更加靈活。當然，如果不想自定義記憶體分配策略，也可以使用luaL_newstate，這樣Lua會幫你定義預設的記憶體分配策略。

我們可以先來看一下luaL_newstate的原始碼：

1. // luaconf.h
2. /* 
3. @@ LUA_EXTRASPACE defines the size of a raw memory area associated with 
4. ** a Lua state with very fast access.
    
5. ** CHANGE it if you need a different size. 
6. */
7. #define LUA_EXTRASPACE        (sizeof(void *))
8. // lstate.c
9. /* 
10. ** thread state + extra space 
11. */
12. typedefstruct LX {  
13.   lu_byte extra_[LUA_EXTRASPACE];  
14.   lua_State l;  
15. } LX;  
16. /* 
17. ** Main thread combines a thread state and the global state 
18. */
19. typedefstruct LG {  
20.   LX l;  
21.   global_State g;  
22. } LG;  
23. // lstate.c
24. LUA_API lua_State *lua_newstate (lua_Alloc f, void *ud) {  
25.   int i;  
26.   lua_State *L;  
27.   global_State *g;  
28.   LG *l = cast(LG *, (*f)(ud, NULL, LUA_TTHREAD, sizeof(LG)));  
29.   if (l == NULL) return NULL;  
30.   L = &l->l.l;  
31.   g = &l->g;  
32.   ......  
33.   return L;  
34. }  

可見，通過luaL_newstate 建立Lua虛擬機器時，第一塊申請的記憶體將用來儲存global_State（全域性狀態機）和lua_State（主執行緒）例項。為了避免記憶體碎片的產生，同時減少記憶體分配和釋放的次數，Lua採用了一個小技巧：利用一個LG結構，把分配lua_State和global_State的行為關聯在一起。這個LG結構是在C檔案內部定義，而不存在公開的H檔案中，僅供該C程式碼檔案使用，因此這種依賴資料結構記憶體佈局的用法負作用不大。

2. 關於global_State和lua_State

在一個獨立的Lua虛擬機器中，global_State是一個全域性的結構, 而lua_State可以有多個。

global_State

global_State結構，我們可以稱之為Lua全域性狀態機。從Lua的使用者角度來看，global_State結構是完全感知不到的：我們無法用Lua公開的API獲取到它的指標、控制代碼或引用，而且實際上我們也並不需要引用到它。但是對於Lua的實現來說，global_State是十分重要的部分。

它管理著Lua中全域性唯一的資訊，主要是以下功能：

（1）記憶體分配策略及其引數

在呼叫lua_newstate的時候配置它們. 也可以通過lua_getallocf和lua_setallocf隨時獲取和修改它

（2）字串的hashtable

全域性的字串雜湊表，即儲存那些短字串，使得整個虛擬機器中短字串只有一份例項。具體參見 Lua字串處理

（3）垃圾回收相關的資訊，記憶體使用統計量

（4）panic, 當無保護呼叫發生時, 會呼叫該函式, 預設是null, 可以通過lua_atpanic配置.（用於異常處理）

（5）登錄檔, 登錄檔是一個全域性唯一的table

（6）記錄lua中元方法名稱 和 基本型別的元表

[注意, lua中table和userdata每個例項可以擁有自己的獨特的元表--記錄在table和userdata的mt欄位, 其他型別是每個型別共享一個元表--就是記錄在這裡].

（7）upvalue連結串列

（8）主lua_State, 一個lua虛擬機器中, 可以有多個lua_State, lua_newstate會創建出一個lua_State（稱為主執行緒）, 並邦定到global_state的主lua_State上

lua_State

執行緒，這裡執行緒的概念區別於作業系統的執行緒，實際上也是Lua中定義的一種狀態機。lua_State主要是管理一個lua虛擬機器的執行環境, 一個lua虛擬機器可以有多個執行環境。

（1）要注意的是, 和nil, string, table一樣,lua_State也是lua中的一種基本型別, lua中的表示是TValue {value = lua_State, tt = LUA_TTHREAD}

（2）lua_State的成員和功能

a. 棧的管理, 包括管理整個棧和當前函式使用的棧的情況

b. CallInfo的管理, 包括管理整個CallInfo陣列和當前函式的CallInfo

c. hook相關的, 包括hookmask, hookcount, hook函式等

3. lua_newstate函式的流程

（1）新建一個global_state和一個lua_State

（2）初始化, 包括給g_s建立登錄檔, g_s中各個型別的元表的預設值全部置為0

（3）給l_s建立全域性表, 預分配l_s的CallInfo和stack空間