lua源码剖析（二）：词法分析、语法分析、代码生成

lua对与每一个文件(chunk)建立一个LexState来做词法分析的context数据，此结构定义在llex.h中。词法分析根据语法分析的需求有当前token，有lookahead token，LexState结构如图：

其中token结构中用int存储实际token值，此token值对于单字符token(+ - * /之类)就表示自身，对于多字符(关键字等)token是起始值为257的枚举值，在llex.h文件中定义：

#define FIRST_RESERVED 257

/*
* WARNING: if you change the order of this enumeration,
* grep "ORDER RESERVED"
*/
enum RESERVED {
/* terminal symbols denoted by reserved words */
TK_AND = FIRST_RESERVED, TK_BREAK,
TK_DO, TK_ELSE, TK_ELSEIF, TK_END, TK_FALSE, TK_FOR, TK_FUNCTION,
TK_GOTO, TK_IF, TK_IN, TK_LOCAL, TK_NIL, TK_NOT, TK_OR, TK_REPEAT,
TK_RETURN, TK_THEN, TK_TRUE, TK_UNTIL, TK_WHILE,
/* other terminal symbols */
TK_CONCAT, TK_DOTS, TK_EQ, TK_GE, TK_LE, TK_NE, TK_DBCOLON, TK_EOS,
TK_NUMBER, TK_NAME, TK_STRING
};
token结构中还有一个成员seminfo，这个表示语义信息，根据token的类型，可以表示数值或者字符串。

lex提供函数luaX_next和luaX_lookahead分别lex下一个token和lookahead token，在内部是通过llex函数来完成词法分析。

语法分析

lua语法分析是从lparser.c中的luaY_parser开始：

Closure *luaY_parser (lua_State *L, ZIO *z, Mbuffer *buff,
Dyndata *dyd, const char *name, int firstchar) {
LexState lexstate;
FuncState funcstate;
Closure *cl = luaF_newLclosure(L, 1); /* create main closure */
/* anchor closure (to avoid being collected) */
setclLvalue(L, L->top, cl);
incr_top(L);
funcstate.f = cl->l.p = luaF_newproto(L);
funcstate.f->source = luaS_new(L, name); /* create and anchor TString */
lexstate.buff = buff;
lexstate.dyd = dyd;
dyd->actvar.n = dyd->gt.n = dyd->label.n = 0;
luaX_setinput(L, &lexstate, z, funcstate.f->source, firstchar);
mainfunc(&lexstate, &funcstate);
lua_assert(!funcstate.prev && funcstate.nups == 1 && !lexstate.fs);
/* all scopes should be correctly finished */
lua_assert(dyd->actvar.n == 0 && dyd->gt.n == 0 && dyd->label.n == 0);
return cl; /* it's on the stack too */
}
此函数创建一个closure并把LexState和FuncState初始化后调用mainfunc开始parse，其中FuncState表示parse时函数状态信息的，如图：

每当parse到一个function的时候都会建立一个FuncState结构，并将它与所嵌套的函数通过prev指针串联起来，body函数就是完成嵌套函数parse。

static void body (LexState *ls, exposed *e, int ismethod, int line) {
/* body -> `(' parlist `)' block END */
FuncState new_fs;
BlockCnt bl;
new_fs.f = addprototype(ls);
new_fs.f->linedefined = line;
open_func(ls, &new_fs, &bl);
checknext(ls, '(');
if (ismethod) {
new_localvarliteral(ls, "self"); /* create 'self' parameter */
adjustlocalvars(ls, 1);
}
parlist(ls);
checknext(ls, ')');
statlist(ls);
new_fs.f->lastlinedefined = ls->linenumber;
check_match(ls, TK_END, TK_FUNCTION, line);
codeclosure(ls, e);
close_func(ls);
}

FuncState中的f指向这个函数的Proto，Proto中保存着函数的指令、变量信息、upvalue信息等其它信息，Proto的结构如图：

k指向一个这个Proto中使用到的常量，code指向这个Proto的指令数组，Proto **p指向这个Proto内部的Proto列表，locvars存储local变量信息，upvalues存储upvalue的信息，cache指向最后创建的closure，source指向这个Proto所属的文件名，后面的size*分别表示前面各个指针指向的数组的大小，numparams表示固定的参数的个数，is_vararg表示这个Proto是否是一个变参函数，maxstacksize表示最大stack大小。

FuncState中的ls指向LexState，在LexState中有一个Dyndata的结构，这个结构用于保存在parse一个chunk的时候所存储的gt label list和label list以及所有active变量列表，其中gt label list存储的是未匹配的goto语句和break语句的label信息，而label list存储的是已声明的label。待出现一个gt label的时候就在label list中查找是否有匹配的label，若出现一个label也将在gt label list中查找是否有匹配的gt。

LuaY_parser调用mainfunc开始parse一个chunk：

static void mainfunc (LexState *ls, FuncState *fs) {
BlockCnt bl;
expdesc v;
open_func(ls, fs, &bl);
fs->f->is_vararg = 1; /* main function is always vararg */
init_exp(&v, VLOCAL, 0); /* create and */
newupvalue(fs, ls->envn, &v); /* set environment upvalue */
luaX_next(ls); /* read first token */
statlist(ls); /* parse main body */
check(ls, TK_EOS);
close_func(ls);
}

在mainfunc中通过open_func函数完成对进入某个函数进行parse之前的初始化操作，每parse进一个block的时候，将建立一个BlockCnt的结构并与上一个BlockCnt连接起来，当parse完一个block的时候就回弹出最后一个BlockCnt结构。BlockCnt结构中的其它变量的意思是：nactvar表示这个block之前的active var的个数，upval表示这个block是否有upvalue被其它block访问，isloop表示这个block是否是循环block。mainfunc中调用statlist，statlist调用statement开始parse语句和表达式。

statement分析语句采用的是LL(2)的递归下降语法分析法。在statement里面通过case语句处理各个带关键字的语句，在default语句中处理赋值和函数调用的分析。语句中的表达式通过expr函数处理，其处理的BNF如下：

prefixexp | tableconstructor | exp binop exp | unop exp

expr函数调用subexpr函数完成处理。

static BinOpr subexpr (LexState *ls, expdesc *v, int limit) {
BinOpr op;
UnOpr uop;
enterlevel(ls);
uop = getunopr(ls->t.token);
if (uop != OPR_NOUNOPR) {
    int line = ls->linenumber;
    luaX_next(ls);
    subexpr(ls, v, UNARY_PRIORITY);
    luaK_prefix(ls->fs, uop, v, line);
}
else simpleexp(ls, v);
/* expand while operators have priorities higher than `limit' */
op = getbinopr(ls->t.token);
while (op != OPR_NOBINOPR && priority[op].left > limit) {
    expdesc v2;
    BinOpr nextop;
    int line = ls->linenumber;
    luaX_next(ls);
    luaK_infix(ls->fs, op, v);
    /* read sub-expression with higher priority */
    nextop = subexpr(ls, &v2, priority[op].right);
    luaK_posfix(ls->fs, op, v, &v2, line);
    op = nextop;
}
leavelevel(ls);
return op; /* return first untreated operator */
}
当分析exp binop exp | unop exp的时候lua采用的是算符优先分析，其各个运算符的优先级定义如下：

static const struct {
lu_byte left; /* left priority for each binary operator */
&nb

补充：综合编程 , 其他综合 ,