漫谈lua虚拟机

什么是虚拟机？

大部分人都用c语言写过简单的小程序吧，写好后用编译器，比如turbo c或者visual c++编译生成exe文件，然后执行exe程序。exe文件里面其实存放着c代码对应的机器指令，执行exe就是调度cpu去一句句执行机器指令。

lua与c语言不同的地方在于，lua不需要编译成exe文件，可以由lua虚拟机执行lua代码文件。lua虚拟机用c语言编写，执行代码时先将lua文件转换成字节码指令，然后再逐个执行字节码指令。

举个例子，lua源文件如下：

local a=18

local b=a

对应的字节码指令为：

; (1)  local a=18

[1] loadk      0   0        ; 18

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; (2)  local b=a

[2] move       1   0

[3] return     0   1

这种指令称之为三地址指令，即1个操作码和2~3个参数组成一条指令。虚拟机每次取出一条指令，可以顺序往下执行，也可以跳行执行，比如从指令1直接跳到指令3，跳行执行一般用于if等条件语句。

虚拟机内部流程

虚拟机的输入就是源码文件，输出是代码执行结果。内部流程分为以下几个环节：

1. 读取文件：一个代码文件作为一个长字符串读入。

2. 词法分析：根据lua语法进行简单的单词切分，每个单词称为token，token有多个类型，比如 "local a=18"可以拆分为local、a、=、18这4个token，对应的类型分别为“保留字”、“变量”、“等号”、“数字”。

3. 语法分析：检查是否满足lua语法，比如 function要以end结束，若发现有语法错误，立即报错停止执行。

4. 生成中间字节码：若满足语法规则，可生成对应的字节码，比如 “local a=18”对应的字节码为 “loadk 0 0”，第一个0表示变量a所在的位置，第2个0表示常量18所在的位置，即将常量18赋给变量a。

5. 执行字节码：生成字节码列表后，从第一行开始逐行执行，根据字节码的opcode执行对应的逻辑。

简单的说就是：

源码文件 -> 中间字节码 -> 虚拟机执行字节码