深入理解Lua的全局变量_G以及源码实现

转自：http://www.tuicool.com/articles/RVZvMbn

       在Lua脚本层，Lua将所有的全局变量保存在一个常规的table中，这个table被称为全局环境，并且将这个table保存在一个全局变量_G中，也就是说在脚本中可以用_G获取这个全局table，并且有_G._G == _G，在默认情况，Lua在全局环境_G中添加了标准库比如math、函数比如pairs等。可以通过下面代码，可以递归打印_G中的所有信息：

function treaverse_global_env(curtable,level)
for key,value in pairs(curtable or {}) do
local prefix = string.rep(" ",level*5)
print(string.format("%s%s(%s)",prefix,key,type(value)))

--注意死循环
if (type(value) == "table" ) and key ~= "_G" and (not value.package) then
treaverse_global_env(value,level + 1)
elseif (type(value) == "table" ) and (value.package) then
print(string.format("%sSKIPTABLE:%s",prefix,key))
end
end
end

treaverse_global_env(_G,0)

注意Lua虚拟机本身是不会使用_G这个变量的，在脚本中，可以任意改变这个变量_G的值，不会影响任何环境或副作用。比如下面代码： 

local cf = loadstring(" local i=0  i=i+1 print(i) ")

--从后面两个输出我们可以看出，生成的函数的环境就是全局_G
print(cf,getfenv(cf),_G)  -- function: 0025AF58      table: 00751C68 table: 00751C68

--改变_G的值
_G = {}
cf()  --1

--虽然改变了_G的值，但函数的的环境仍然是全局环境table地址仍然是00751C68
print(cf,getfenv(cf),_G)  -- function: 0075AF58      table: 00751C68 table: 0075B468

默认情况下，在Lua中当compiles a chunk时，都是以_G作为环境的，当然可以通过函数load或loadfile，改变compiles
a chunk时的环境。在C中，可以使用lua_load（类似有luaL_load*作为前缀的辅助函数） 
来load a lua chunk，load的后得到的函数，默认情况下，它的第一个upvalue就是_G，我们可以改变第一个upvalue，来改变得到的函数执行环境。 
变量_G是在C中注册的(源码linit.c, lbaselib.c中)，在C中，可以直接调用lua_pushglobaltable把这个全局环境压入栈中，在lua5.2
该函数实质就是从注册表中获取这个全局环境，即lua_pushglobaltable用下面宏定义的： 

#define lua_pushglobaltable(L) lua_rawgeti(L, LUA_REGISTRYINDEX, LUA_RIDX_GLOBALS)

这里的LUA_REGISTRYINDEX是Lua注册表（注册表是lua虚拟机范围内是全局唯一的）的伪索引，LUA_RIDX_GLOBALS是全局环境在注册表中的索引（也就说，全局环境_G是虚拟机范围内是全局唯一的）。 
最后可以通过源码，来了解一下_G全局环境的变量的注册。在一个Lua虚拟机中，用一个全局结构global_State来管理多个lua_State。在调用luaL_newstate()时，在创建一个全局结构global_State和一个lua_State后， 
luaL_newstate会调用f_luaopen，然后f_luaopen调用init_registry来初始化注册表，函数init_registry代码如下：

/*
** 创建注册表和表中预定义的值
*/
static void init_registry (lua_State *L, global_State *g) {
TValue mt;
/*创建注册表，初始化注册表数组部分大小为LUA_RIDX_LAST*/
Table *registry = luaH_new(L);
sethvalue(L, &g->l_registry, registry);
luaH_resize(L, registry, LUA_RIDX_LAST, 0);

/*把这个注册表的数组部分的第一个元素赋值为主线程的状态机L(这里所说的线程并非是os的线程，而是lua的状态机概念)*/
/*即 registry[LUA_RIDX_MAINTHREAD] = L */
setthvalue(L, &mt, L);
luaH_setint(L, registry, LUA_RIDX_MAINTHREAD, &mt);

/*把注册表的数组部分的第二个元素赋值为全局表，即registry[LUA_RIDX_GLOBALS] = table of globals */
sethvalue(L, &mt, luaH_new(L));
luaH_setint(L, registry, LUA_RIDX_GLOBALS, &mt);

通过init_registry函数的实现可以看出，在创建注册表的同时，创建了全局环境，并把这个全局表赋值给注册表数组部分的第二个元素。通过下面代码，把上面创建的全局表注册到脚本中的，这样在脚本就可以使用变量_G来获取全局表了，代码如下： 

static const luaL_Reg loadedlibs[] = {
{"_G", luaopen_base},
{LUA_LOADLIBNAME, luaopen_package},
/*
**省略了一些代码
*/
{LUA_DBLIBNAME, luaopen_debug},
{NULL, NULL}
};

LUALIB_API void luaL_openlibs (lua_State *L) {
const luaL_Reg *lib;
/* 从'loadedlibs'中调用函数，并把调用的结果res除了package.loaded[modname]=res */
/*同时设置到全局变量modname中，供脚本层调用*/
for (lib = loadedlibs; lib->func; lib++) {
luaL_requiref(L, lib->name, lib->func, 1);
lua_pop(L, 1);  /* remove lib */
}
/*
**省略了一些代码
*/
}

在函数luaopen_base中会把脚本用到的函数注册到全局表， 代码如下: 

static const luaL_Reg base_funcs[] = {
{"assert", luaB_assert},
{"collectgarbage", luaB_collectgarbage},
/*
**省略了一些代码
*/
{"xpcall", luaB_xpcall},
{NULL, NULL}
};

LUAMOD_API int luaopen_base (lua_State *L) {
/* 设置_G._G = _G*/
lua_pushglobaltable(L);
lua_pushglobaltable(L);
lua_setfield(L, -2, "_G");
/*在全局表中添加脚本中用到的全局函数*/
luaL_setfuncs(L, base_funcs, 0);
lua_pushliteral(L, LUA_VERSION);
lua_setfield(L, -2, "_VERSION");  /* set global _VERSION */
return 1;

参考资料： http://blog.csdn.net/ball32109/article/details/11402727  http://blog.codingnow.com/2011/12/lua_52_env.html  http://www.cnblogs.com/ringofthec/archive/2010/11/09/lua_State.html