lua闭包Upvalue

闭包

lua任何函数都是闭包,闭包至少带1个upValue;

CClosure是使用Lua提供的lua_pushcclosure这个C-Api加入到虚拟栈中的C函数,它是对LClosure的一种C模拟

如string.gmatch就是cclosure

定义:

c 复制代码
#define ClosureHeader \
	CommonHeader; lu_byte isC; lu_byte nupvalues; GCObject *gclist; \
	struct Table *env

typedef struct CClosure {
  ClosureHeader;
  lua_CFunction f;
  TValue upvalue[1];
} CClosure;


typedef struct LClosure {
  ClosureHeader;
  struct Proto *p;
  UpVal *upvals[1];
} LClosure;


typedef union Closure {
  CClosure c;
  LClosure l;
} Closure;

上值

lua 复制代码
local a = 1
local b = 2
function xxx()
    local c = 3
    local d = 4
    print(a + b)
    function yyy()
        print(c + d)
    end
end

我们可以看到,每个lua函数,都有一个upvalue列表,并且他们首个upvalue,都是一个名为_ENV的upvalue,内层lua函数的_ENV指向外层lua函数的_ENV,而最外层的top-level函数,则将值指向了全局表_G。为什么lua要用这种组织方式?将_ENV作为每个lua函数的第0个upvalue呢?我认为,这是为了效率,同时也能是的逻辑更为清晰,lua函数去查找一个变量的方式,如下所示:

lua函数查找一个变量v,首先会在自己的local变量中查找,如果找到就直接获取它的值,找不到则进入下一步

查找upvalue列表,有没有一个名为v的upvalue,有则获取它的值,没有则进入下一步

到_ENV里去查找一个名为v的值

上值的确定(编译期)

用来表示upvalue的有两个数据结构,一个是编译时期,存储upvalue信息的Upvaldesc (这个结构并不存储upvalue的实际值,只是用来标记upvalue的位置信息),还有一个是在运行期,实际存储upvalue值的UpVal结构。它们的结构定义如下所示:

c 复制代码
typedef struct upvaldesc {
  lu_byte in_stack;
  lu_byte idx;
  TString* name;
} upvaldesc;

typedef struct  UpVal {
  CommonHeader;
  TValue *v;  /* points to stack or to its own value */
  union {
	// 当这个upval被close时,保存upval的值,后面可能还会被引用到
    TValue value;  /* the value (when closed) */
    // 当这个upval还在open状态时,以下链表串连在openupval链表中
    struct {  /* double linked list (when open) */
      struct UpVal *prev;
      struct UpVal *next;
    } l;
  } u;
} UpVal;

举例:

lua 复制代码
local a = 1
local b = 2
function xxx()
    local c = 3
    print(a)
    function yyy()
        print(a+b+c)
    end
end

编译期确定upvalue,最终的结构如下:

LClosure实际是运行时才会实例化的,这里为了展示方便;

分成3个level, top level, level2, level3;
top level : Upvaldesc列表只有1个,指代_ENV
level2 : Upvaldesc列表有3个,第一个是_ENV, 是上一级的上值列表的第一个(所以in_stack=0,idx=0); 第二个是变量a, 是上一级的局部变量在栈上第一个(所以in_stack=1,idx=0);第三个是变量b, 是上一级的局部变量在栈上第二个(所以in_stack=1,idx=1)
level3: Upvaldesc列表有4个,第一个是_ENV, 是上一级的上值列表的第一个(所以in_stack=0,idx=0); 第二个是变量a, 是上一级的上值列表的第二个(所以in_stack=0,idx=1);第三个是变量b, 是上一级的上值列表的第三个(所以in_stack=0,idx=2);第四个是变量c,是上一级局部变量在栈上第一个(所以in_stack=1,idx=0)

上值生成(运行时)

当加载这段代码块时,level2的upval列表会加入2个UpVal,指向栈(变量a和b);level3的UpVal不会生成因为没有调用xxx

当调用xxx时,最终生成的upval列表如下

上值的open和close

如下图的代码段,当调用aaa()时,var1和var2都在栈上,处于open 状态,UpVal结构的v指针指向栈上数据

但是aaa调用完毕,var2会被回收,弹出栈,如下:

在aaa函数执行完毕时,他们的UpVal实例,会进行close操作,什么意思呢,就是原来的upval->v指向栈的某个位置,现在这个关联将被破除,并且upval->v的值,赋值为upval->u.value的地址,同时,upval->v原来指向的值,会被赋值到upval->u.value上(绿色框2个UpVal指向了新的空间)

闭包共享/不共享上值

f1和f2分别创建了一个闭包实例,var1是top level的局部变量,能共享;var2则是独立上值,且在aaa()调用完毕后会从栈上移除,转为close状态(可以看到var2的UpVal结构,v指针不是指向栈,而是union中的TValue结构)

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