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环境的概念

Lua中类型为thread,function和userata的对象都可以关联一个表,称之为环境。环境也是一个常规的table。可以和普通的table一样进行操作,存放与对象相关的各种变量。

  • 关联的thread上的环境只能通过C代码中访问。
  • 关联在userdata上的环境在 Lua 中没有意义。 这个东西只是为了在程序员想把一个表关联到一个 userdata 上时提供便利。
  • 关联在function上的环境用来接管本函数内全局变量的访问。
  • Lua中的全局变量存在放当前函数的环境中,Lua标准库中的函数如setmetable, string.find等注册在函数的环境中,在Lua脚本就可以直接访问。

    操作函数的环境

    Lua代码中可以访问和操作和函数关联的环境,Lua标准库为此提供了两个方法

  • getfenv 获取当前函数的环境
  • setfenv 设置当前对象函数关联的环境
  • 查看所有的全局变量

    通过getfenv(0)获取当前环境后遍历,可以查看所有的全局变量。

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    for k, v in pairs(getfenv(0)) do
        print ("k: ", k, ", v: ", type(v))
    

    定义全局变量与局部变量

    Lua中定义的变量默认为全局变量,保存在当前函数的环境中。 如下面的代码

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    local env = getfenv(1)
    print("var: ", env["var"])
    print("loval_var: ", env["loval_var"])
    var = "Hello, global variable"
    local local_var = "Hell, local variable"
    print("after set")
    print("var: ", env["var"])
    print("loval_var: ", env["loval_var"])
    

    变量var为全局变量,存放在当前的环境中,通过getfenv().var可以访问,而变量local_var为局部变量,getfenv().local_var值为nil

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    $ lua test3.lua
    var: 	nil
    loval_var: 	nil
    after set
    var: 	Hello, global variable
    loval_var: 	nil
    

    嵌套函数的环境

    在thread中通过load等方式创建的函数称为非嵌套函数,非嵌套函数的默认环境为此thread的环境。在函数中创建函数时,会将自己的环境设置为新创建的函数的默认环境。

    访问全局变量时访问的是当前所在函数的环境,如下面的代码

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    local function f()
        print("env: ", getfenv())
        local function f1()
            print("env f1: ", getfenv())
        local function f2()
            print("env f2: ", getfenv())
        f1()
        f2()
    

    执行结果 f,f1,f2三个函数的环境是同一个table

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    env: 	table: 0x25a16b0
    env f1: 	table: 0x25a16b0
    env f2: 	table: 0x25a16b0
    

    改变函数的环境

    因为函数f1和f2都是在函数f中创建的,他们的环境的初始值就是函数f的环境。 下面通过setfenv改变函数的环境

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    local function f()
        print("env: ", getfenv())
        local function f1()
            print("env f1: ", getfenv())
        local function f2()
            print("env f2: ", getfenv())
        setfenv(f2, {})
    

    执行结果如下,getfenv本身就在环境中存放,通过setfenv(f2, {})将函数f2的环境设置成一个空的table,在函数f2中调用getfenv时由于getfenv是nil,导致脚本报错。

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    env: 	table: 0x17a66b0
    env f1: 	table: 0x17a66b0
    lua: test4.lua:9: attempt to call global 'getfenv' (a nil value)
    stack traceback:
    	test4.lua:9: in function 'f2'
    	test4.lua:15: in function 'f'
    	test4.lua:18: in main chunk
    	[C]: ?
    

    将函数f的环境通过闭包保存下来,就可以在函数f2中调用其中的方法。如下所示

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    local function f()
        print("env: ", getfenv())
        local function f1()
            print("env f1: ", getfenv())
        local env = getfenv()
        local function f2()
            local e = env
            e.print("env f2: ", e.getfenv())
        setfenv(f2, {})
    

    此时可以看到函数f2的环境与函数f和f1不同

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    $ lua test4.lua 
    env: 	table: 0x1ebf6b0
    env f1: 	table: 0x1ebf6b0
    env f2: 	table: 0x1ec7480
    

    Lua中的_G是一个指向全局环境(thread的环境)的全局变量。详细一点可以这样理解

  • thread有一个环境,称为全局环境
  • 全局环境中有一个变量,变量名为_G, 值为全局环境(_G._G = _G?)
  • thread中调用load(string)或者loadstring等,解析Lua代码,生成一个函数
  • 生成的函数的环境默认为thread的环境
  • 在非嵌套函数中使用_G如print(_G), 打印的是全局环境,也是此函数的环境。
  • 输出_G和_G._G,值完全相同

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    $ cat test.lua 
    print(_G)
    print(_G._G)
    $ lua test.lua
    table: 0x1d0c6b0
    table: 0x1d0c6b0
    

    如果通过setfenv设置了环境,新的环境是没有_G这个变量的。

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    local function f()
        local function f1()
            print("f1: ", _G)
        local env = getfenv()
        local function f2()
            local e = env
            e.print("f2: ", _G)
        setfenv(f2, {})
        f1()
        f2()
    
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    f1: 	table: 0xf916b0
    f2: 	nil
    

    GETGLOBAL 和 lua_getglobal的迷惑

    调用print输出字符串print("Hello"),可以通过luac查看编译后的lua虚拟机的指令

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    $ luac -l -l test.lua
    main <test.lua:0,0> (4 instructions, 16 bytes at 0xd92530)
    0+ params, 2 slots, 0 upvalues, 0 locals, 2 constants, 0 functions
    	1	[1]	GETGLOBAL	0 -1	; print
    	2	[1]	LOADK    	1 -2	; "Hello"
    	3	[1]	CALL     	0 2 1
    	4	[1]	RETURN   	0 1
    constants (2) for 0xd92530:
    	1	"print"
    	2	"Hello"
    locals (0) for 0xd92530:
    upvalues (0) for 0xd92530:
    

    这里只关注GETGLOBAL这条指令,print是全局变量,需要通过GETGLOBAL取到这个变量的值

    对于GETGLOBAL,Lua虚拟机的执行如下(以lua5.1为例),在函数luaV_execute中

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          case OP_GETGLOBAL: {
            TValue g;
            TValue *rb = KBx(i);
            sethvalue(L, &g, cl->env);
            lua_assert(ttisstring(rb));
            Protect(luaV_gettable(L, &g, rb, ra));
            continue;
    

    注意sethvalue(L, &g, cl->env);这句,cl代表当前的函数,cl->env指向当前函数的环境。即GETGLOBAL指令取得的是从当前函数的环境中取得变量的值的。

    而lua_getglobal这个函数确是直接访问thread的全局环境,取得全局环境中key为name的值。

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    void lua_getglobal (lua_State *L, const char *name);
    

    同样都是”getglobal”,却是两个不同的意思,直接让我迷惑了很久,差点分不清什么是全局变量了。