探索Lua5.2內部實現:虛擬機指令(2) MOVE & LOAD

原文

name	args	desc
OP_MOVE	AB	R(A) := R(B)

OP_MOVE用來將寄存器B中的值拷貝到寄存器A中。由於Lua是register based vm，大部分的指令都是直接對寄存器進行操作，而不需要對數據進行壓棧和彈棧，所以需要OP_MOVE指令的地方並不多。最直接的使用之處就是將一個local變量複製給另一個local變量時:

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1. local a;  
2. local b = a;  

[plain] view plain copy print ?

1. 1 [1] LOADNIL 0 0  
2. 2 [2] MOVE 1 0  
3. 3 [2] RETURN 0 1  

在編譯過程中，Lua會將每個local變量都分配到一個指定的寄存器中。在運行期，lua使用local變量所對應的寄存器id來操作local變量，而local變量的名字除了提供debug信息外，沒有其他作用。

在這裡a被分配給register 0，b被分配給register 1。第二行的MOVE表示將a(register 0)的值賦給b(register 1)。其他使用的地方基本都是對寄存器的位置有特殊要求的地方，比如函數參數的傳遞等等。

name	args	desc
OP_LOADK	A Bx	R(A) := Kst(Bx)

LOADK將Bx表示的常量表中的常量值裝載到寄存器A中。很多其他指令，比如數學操作指令，其本身可以直接從常量表中索引操作數，所以可以不依賴於LOADK指令。

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1. local a=1;  
2. local b="foo";  

[plain] view plain copy print ?

1. 1 [1] LOADK 0 -1 ; 1  
2. 2 [2] LOADK 1 -2 ; "foo"  
3. 3 [2] RETURN 0 1  
4. onstants (2) for 0x80048eb0:  
5. 1 1  
6. 2 "foo"   

name	args	desc
OP_LOADKX	A	R(A) := Kst(extra arg)

LOADKX是lua5.2新加入的指令。當需要生成LOADK指令時，如果需要索引的常量id超出了Bx所能表示的有效範圍，那麼就生成一個LOADKX指令，取代LOADK指令，並且接下來立即生成一個EXTRAARG指令，並用其Ax來存放這個id 。5.2的這個改動使得一個函數可以處理超過262143個常量。

name	args	desc
OP_LOADBOOL	ABC	R(A) := (Bool)B; if (C) pc++

LOADBOOL將B所表示的boolean值裝載到寄存器A中。B使用0和1分別代表false和true。C也表示一個boolean值，如果C為1，就跳過下一個指令。

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1. local a = true;  

[plain] view plain copy print ?

1. 1 [1] LOADBOOL 0 1 0  
2. 2 [1] RETURN 0 1   

C在這裡的作用比較特殊。要了解C的具體用處，首先要知道lua中對於邏輯和關係表達式是如何處理的，比如：

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1. local a = 1 < 2  

對於上面的代碼，一般我們會認為lua應該先對1<2求出一個boolean值，然後放入到a中。然而實際上產生出來的代碼為：

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1. 1 [1] LT 1 -1 -2 ; 1 2  
2. 2 [1] JMP 0 1 ; to 4  
3. 3 [1] LOADBOOL 0 0 1  
4. 4 [1] LOADBOOL 0 1 0  
5. 5 [1] RETURN 0 1  
6. onstants (2) for 0x80048eb0:  
7. 1 1  
8. 2 2   

可以看到，lua生成了LT和JMP指令，另外再加上兩個LOADBOOL對於a賦予不同的boolean值。LT（後面會詳細講解）指令本身並不產生一個boolean結果值，而是配合後面緊跟的JMP實現true和false的不同跳轉。如果LT評估為true，就繼續執行，也就是執行到JMP，然後調轉到4，對a賦予true；否則就跳過下一條指令到達第三行，對a賦予false，並且跳過下一個指令。所以上面的代碼實際的意思被轉化為：

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1. local a;  
2. if 1 < 2 then  
3.     a = true;  
4. else  
5.     a = false;  
6. end  

邏輯或者關係表達式之所以被設計成這個樣子，主要是為if語句和循環語句所做的優化。不用將整個表達式估值成一個boolean值後再決定跳轉路徑，而是評估過程中就可以直接跳轉，節省了很多指令。

C的作用就是配合這種使用邏輯或關係表達式進行賦值的操作，他節省了後面必須跟的一個JMP指令。

name	args	desc
OP_LOADNIL	AB	R(A), R(A+1), ..., R(A+B) := nil

LOADNIL將使用A到B所表示範圍的寄存器賦值成nil。用範圍表示寄存器主要為了對以下情況進行優化：

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1. local a,b,c;  

[plain] view plain copy print ?

1. 1 [1] LOADNIL 0 2  
2. 2 [1] RETURN 0 1   

對於連續的local變量聲明，使用一條LOADNIL指令就可以完成，而不需要分別進行賦值。

對於一下情況

[plain] view plain copy print ?

1. local a;  
2. local b = 0;  
3. local c;  

[plain] view plain copy print ?

1. 1 [1] LOADNIL 0 0  
2. 2 [2] LOADK 1 -1 ; 0  
3. 3 [3] LOADNIL 2 0   

在Lua5.2中，a和c不能被合併成一個LOADNIL指令。所以以上寫法理論上會生成更多的指令，應該予以避免，而改寫成

[plain] view plain copy print ?

1. local a,c;  
2. local b = 0;