深入理解Lua的全局变量_G以及源码实现

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：

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1. function treaverse_global_env(curtable,level)
2. for key,value in pairs(curtable or {}) do
3. local prefix = string.rep(" ",level*5)
4. print(string.format("%s%s(%s)",prefix,key,type(value)))
6. --注意死循环
7. if (type(value) == "table" ) and key ~= "_G" and (not value.package) then
8. treaverse_global_env(value,level + 1)
9. elseif (type(value) == "table" ) and (value.package) then
10. print(string.format("%sSKIPTABLE:%s",prefix,key))
11. end
12. end
13. end
15. 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：

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1. local cf = loadstring(" local i=0 i=i+1 print(i) ")
3. --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
4. print(cf,getfenv(cf),_G) -- function: 0025AF58 table: 00751C68 table: 00751C68
6. --改变_G的值
7. _G = {}
8. cf() --1
10. --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
11. 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：

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1. #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：

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1. /*
2. ** 创建注册表和表中预定义的值
3. */
4. static void init_registry (lua_State *L, global_State *g) {
5. TValue mt;
6. /*创建注册表，初始化注册表数组部分大小为LUA_RIDX_LAST*/
7. Table *registry = luaH_new(L);
8. sethvalue(L, &g->l_registry, registry);
9. luaH_resize(L, registry, LUA_RIDX_LAST, 0);
11. /*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)*/
12. /*即 registry[LUA_RIDX_MAINTHREAD] = L */
13. setthvalue(L, &mt, L);
14. luaH_setint(L, registry, LUA_RIDX_MAINTHREAD, &mt);
16. /*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 */
17. sethvalue(L, &mt, luaH_new(L));
18. 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：
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1. static const luaL_Reg loadedlibs[] = {
2. {"_G", luaopen_base},
3. {LUA_LOADLIBNAME, luaopen_package},
4. /*
5. **省略了一些代码
6. */
7. {LUA_DBLIBNAME, luaopen_debug},
8. {NULL, NULL}
9. };
11. LUALIB_API void luaL_openlibs (lua_State *L) {
12. const luaL_Reg *lib;
13. /* 从'loadedlibs'中调用函数，并把调用的结果res除了package.loaded[modname]=res */
14. /*同时设置到全局变量modname中，供脚本层调用*/
15. for (lib = loadedlibs; lib->func; lib++) {
16. luaL_requiref(L, lib->name, lib->func, 1);
17. lua_pop(L, 1); /* remove lib */
18. }
19. /*
20. **省略了一些代码
21. */
22. }

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:

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1. static const luaL_Reg base_funcs[] = {
2. {"assert", luaB_assert},
3. {"collectgarbage", luaB_collectgarbage},
4. /*
5. **省略了一些代码
6. */
7. {"xpcall", luaB_xpcall},
8. {NULL, NULL}
9. };
11. LUAMOD_API int luaopen_base (lua_State *L) {
12. /* 设置_G._G = _G*/
13. lua_pushglobaltable(L);
14. lua_pushglobaltable(L);
15. lua_setfield(L, -2, "_G");
16. /*在全局表中添加脚本中用到的全局函数*/
17. luaL_setfuncs(L, base_funcs, 0);
18. lua_pushliteral(L, LUA_VERSION);
19. lua_setfield(L, -2, "_VERSION"); /* set global _VERSION */
20. return 1;

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转自

http://blog.csdn.net/maximuszhou/article/details/24105673?utm_source=tuicool&utm_medium=referral

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