探索Lua5.2內部實現:虛擬機指令(8) LOOP

Lua5.2種除了for循環之外，其他的各種循環都使用關係和邏輯指令，配合JMP指令來完成。

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1. local a = 0;  
2. while(a < 10) do  
3.     a = a + 1;  
4. end  

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1. 1 [1] LOADK 0 -1 ; 0  
2. 2 [2] LT 0 0 -2 ; - 10  
3. 3 [2] JMP 0 2 ; to 6  
4. 4 [3] ADD 0 0 -3 ; - 1  
5. 5 [3] JMP 0 -4 ; to 2  
6. 6 [4] RETURN 0 1  

第二行使用LT對寄存器0和敞亮10進行比較，如果小於成立，跳過第三行的JMP，運行第四行的ADD指令，將a加1，然後運行第五行的JMP，跳轉回第二行，重新判斷條件。如果小於不成立，則直接運行下一個JMP指令，跳轉到第六行結束。

對於for循環，Lua5.2使用了兩套專門的指令，分別對應numeric for loop和generic for loop。

name	args	desc
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

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1. local a;  
2. for i = 1, 10 do  
3.     a = i;  
4. end  

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1. main <test.lua:0,0> (8 instructions at 0x80048eb0)  
2. 0+ params, 5 slots, 1 upvalue, 5 locals, 2 constants, 0 functions  
3.         1 [1] LOADNIL 0 0  
4.         2 [2] LOADK 1 -1 ; 1  
5.         3 [2] LOADK 2 -2 ; 10  
6.         4 [2] LOADK 3 -1 ; 1  
7.         5 [2] FORPREP 1 1 ; to 7  
8.         6 [3] MOVE 0 4  
9.         7 [2] FORLOOP 1 -2 ; to 6  
10.         8 [4] RETURN 0 1  
11. constants (2) for 0x80048eb0:  
12.         1 1  
13.         2 10  
14. locals (5) for 0x80048eb0:  
15.         0 a 2 9  
16.         1 (for index) 5 8  
17.         2 (for limit) 5 8  
18.         3 (for step) 5 8  
19.         4 i 6 7  
20. upvalues​​ (1) for 0x80048eb0:  
21.         0 _ENV 1 0  

Numeric for loop內部使用了3個局部變量來控制循環，他們分別是"for index"，“for limit”和“for step”。“for index”用作存放初始值和循環計數器，“for limit”用作存放循環上限，“for step”用作存放循環步長。對於上面的程序，三個值分別是1，10和1。這三個局部變量對於使用者是不可見得，我們可以在生成代碼的locals表中看到這3個局部變量，他們的有效範圍為第五行道第八行，也就是整個for循環。還有一個使用到的局部變量，就是使用者自己指定的計數器，上例中為"i"。我們可以看到，這個局部變量的有效範圍為6~7行，也就是循環​​的內部。這個變量在每次循環時都被設置成"for index"變量來使用。

上例中2~4行初始化循環使用的3個內部局部變量。第五行FORPREP用於準備這個循環，將for index減去一個for step，然後跳轉到第七行。第七行的FORLOOP將for index加上一個for step，然後與for limit進行比較。如果小於等於for limit，則將i設置成for index，然後跳回第六行。否則就退出循環。我們可以看到，i並不用於真正的循環計數，而只是在每次循環時被賦予真正的計數器for index的值而已，所以在循環中修改i不會影響循環計數。

name	args	desc
OP_TFORCALL	AC	R(A+3), ... ,R(A+2+C) := R(A)(R(A+1), R(A+2));
OP_TFORLOOP	A sBx	if R(A+1) ~= nil then { R(A)=R(A+1); pc += sBx }

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1. for i,v in 1,2,3 do  
2.     a = 1;  
3. end  

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1. main <test.lua:0,0> (8 instructions at 0x80048eb0)  
2. 0+ params, 6 slots, 1 upvalue, 5 locals, 4 constants, 0 functions  
3.         1 [1] LOADK 0 -1 ; 1  
4.         2 [1] LOADK 1 -2 ; 2  
5.         3 [1] LOADK 2 -3 ; 3  
6.         4 [1] JMP 0 1 ; to 6  
7.         5 [2] SETTABUP 0 -4 -1 ; _ENV "a" 1  
8.         6 [1] TFORCALL 0 2  
9.         7 [1] TFORLOOP 2 -3 ; to 5  
10.         8 [3] RETURN 0 1  
11. constants (4) for 0x80048eb0:  
12.         1 1  
13.         2 2  
14.         3 3  
15.         4 "a"  
16. locals (5) for 0x80048eb0:  
17.         0 (for generator) 4 8  
18.         1 (for state) 4 8  
19.         2 (for control) 4 8  
20.         3 i 5 6  
21.         4 v 5 6  
22. upvalues​​ (1) for 0x80048eb0:  
23.         0 _ENV 1 0  

Generic for loop內部也使用了3個局部變量來控制循環，分別是"for generator”，“for state”和“for control”。for generator用來存放迭代使用的closure，每次迭代都會調用這個closure。for state和for control用於存放傳給for generator的兩個參數。Generic for loop還使用自定義的局部變量i，v，用來存儲for generator的返回值。

上例中1~3行使用in後面的表達式列表(1,2,3)初始化3個內部使用的局部變量。第四行JMP調轉到第六行。TFORCALL教用寄存器0(for generator)中的closure，傳入for state和for control，並將結果返回給自定義局部變量列表i和v。第七行調用TFORLOOP進行循環條件判斷，判斷i是否為空。如果不為空，將i的值賦給for control，然後跳轉到第五行，進行循環。