探索Lua52内部实现-编译系统2-跳转的处理

​ 跳转用来控制程序的指令流程。Lua使用OP_JMP指令来执行一个跳转,有关OP_JMP的详细介绍,可以参见《虚拟机指令》。跳转可以分为条件跳转和非条件跳转。非条件跳转比较简单,我们可以先从这里入手。

goto

在Lua5.2中,goto和label是新加入的statement,用来执行非条件跳转。这两个statement分别在lparser.c中的gotostat和labelstat函数中被解析。上一篇中讲过,在全局数据Dyndata中,保存着一个goto列表和一个label列表,goto和label使用一个相同的数据结构Labeldesc表示。

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/* description of pending goto statements and label statements */
typedef struct Labeldesc {
TString *name; /* label identifier */
int pc; /* position in code */
int line; /* line where it appeared */
lu_byte nactvar; /* local level where it appears in current block */
} Labeldesc;

name用来表示label的名称,用来相互查找。如果是label,pc表示这个label对应的当前函数指令集合的位置,也就是待跳转的指令位置;如果是goto,则代表为这个goto生成的OP_JMP指令的位置。nactvar代表解析此goto或者label时,函数有多少个有效的局部变量,用来在跳转时决定需要关闭哪些upvalue。

gotostat接受一个已经为之生成好了的OP_JMP指令的位置,首先通过newlabelentry为这个goto在ls->dyd->gt中生成一个Labeldesc,用来表示未处理的goto,然后调用findlabel尝试处理这个goto。findlabel会在当前的block中查找已经定义了的label。如果找到,就调用closegoto,将这个goto对应的OP_JMP指令的跳转位置设置成label的pc,并且还要决定是否需要在OP_JMP指令中关闭一些局部变量对应的upvalue;如果没有找到,这个goto对应的OP_JMP指令的跳转位置就是一个NO_JUMP,表示未决位置,等待后面再处理。

与gotostat的处理类似,labelstat在处理label时,也会首先查找已经定义但未决的goto。如果找到了goto,也要修改其OP_JMP指令的跳转位置。整个goto和label语法分析的代码比较直接,并不难理解。而这里比较晦涩的是Lua对OP_JMP指令的处理方法。对于OP_JMP的处理还会在后面的关系和逻辑运算,以及条件跳转中使用。所以,理解Lua对OP_JMP指令的处理是理解其他编译部分的基础。

OP_JMP

前面讲过,由于Lua是一编编译,所以在真正生成指令时,很多东西是没法决定的。比如OP_JMP指令,要跳转的位置可能还没有定义,所以不能知道具体的跳转位置。Lua会将这些指令先生成到函数proto的指令列表中,然后记录下他们在指令列表的位置。当可以确定时,再通过这个位置找到生成好的指令,对其进行修改。这就是指令回填。

对于一个OP_JMP指令,有两个指令参数需要回填:待关闭的upvalue起始id A和跳转偏移量sBx。当通过luaK_jump函数生成一个OP_JMP指令时,这个指令的A会被初始化成0,而sBx被初始化成NO_JUMP,并返回一个int代表这个OP_JMP指令的位置。我们保存这个返回值就可以找到这个指令,对其进行回填。

在语法分析过程中(比如后面要讲到的关系和逻辑运算),有可能会生成一系列的OP_JMP指令,他们的跳转目标是一致的,从而形成一个跳转指令集合。Lua使用了链表的方式保存这种指令集合。这个链表每个节点就是OP_JMP指令本身,使用sBx来指向链表的下一个OP_JMP指令。如果sBx为NO_JUMP,表示链表的尾节点。所以我们只需要一个指向头节点的位置,就可以遍历整个OP_JMP指令链表。lcode.c中对于OP_JMP指令的处理函数,都是基于一个跳转链表的,只不过在一些情况下,链表中只有一个节点而已。如果需要回填一个具体的跳转地址,就会遍历链表,将每个节点的跳转地址都修正到目标位置。

回填跳转地址可以分为两类处理:

一种是已经生成的指令位置,Lua会立即将这些跳转指令修改成目标位置。

另一种是当前位置,也就是接下来要生成的指令的位置。在处理当前位置时,Lua并没有立即修改,而是将待修改的跳转指令串接到当前FuncState中的jpc链表上。当使用luaK_code生成下一条指令时,首先会调用dischargejpc函数,将jpc链表上的所有跳转指令修改到这个位置。这等于是延迟回填。之所以这样处理,其实是为了跳转的优化。我们回头看一下luaK_jump函数,它在生成OP_JMP指令时,会将当前jpc串接到新生成的jpc上,并且将jpc清空。这个处理实际的意思是,当生成一个OP_JMP指令时,如果有其他的OP_JMP指令需要跳转到此处,其实就等于间接跳转到新生成的跳转指令的目标位置。所以这些跳转指令不用再跳转到此处,而是直接跳转到新生成的OP_JMP的目标位置,将两步跳转合并成一步。这些指令与新生成跳转指令的目标是一致的,所以可以合并成一个跳转指令集合,等待后面一起回填。

我们接下来在来回顾一下与跳转相关的指令生成api。

luaK_jump用来生成一个新的跳转指令。luaK_concat函数用来将两个链表连接起来合成一个链表。luaK_patchlist用来回填一个链表的跳转位置。luaK_patchtohere用来将一个链表准备回填到当前位置。luaK_patchclose用来回填一个链表中的A,也就是需要关闭的upvalue id,具体可以查看goto的处理。

以上是Lua处理跳转的相关内容。跳转的处理还与逻辑和关系表达式密切相关,我们会在后面表达式部分再进行详细讲解。

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