Lua5.1代码阅读（六）：ltm.h/ltm.c

一、概览

ltm.h/ltm.c的作用是提供查询元方法（元方法的值可能是函数，也可能是非函数的值）的API。

源码中把元方法称为标签方法（tag method）。

Lua的元方法有点像C++的运算符重载，用于覆盖一些Lua内部定义的默认行为。

参考链接：

1. LUA源码分析五:元表

http://lin-style.iteye.com/blog/1012138

2. Lua GC 的源码剖析 (2)

http://blog.codingnow.com/2011/03/lua_gc_2.html

查询元表的方式有两种：

* 方式一、查询某个元表（Table结构体）的元方法（见fasttm, gfasttm）

首先，把事件（类型是枚举值）转换为元方法名称（类型是TString *字符串）。

然后，通过查询Table结构体（相当于关联数组），获取元方法的值，

如果结果为空（nil值），则把这个信息缓存到Table结构体中（flags域），

下次查询时就可以直接返回空指针。

* 方式二、查询某个对象的元方法（见luaT_gettmbyobj）

首先，判断对象是表、用户数据还是其它基本类型

（TValue实际是个联合体，所以需要判断类型，

然后用hvalue和uvalue宏转换为正确的类型，

见lobject.h的TValue、Value结构体，lstate.h的GCObject联合体）

这里，根据类型用相应的宏取出作为元表的Table *指针：

* 表：hvalue(o)对应GCObject的struct Table h字段。元表是->metatable。

* 用户数据：uvalue(o)对应GCObject的union Udata u字段。元表是->metatable。

* 其它基本类型：G(L)对应lua_State的global_State *l_G字段，元表是->mt[ttype(o)]，

ttype(o)是o的基本类型索引（定义在lua.h的LUA_TNIL到LUA_TTHREAD常量）。

然后，用类似情况一的方式查元表，但不缓存nil结果，也不读取Table的flags缓存标志。

二、相关结构体（均定义在ltm模块外）

* 元表内部实现是结构体Table：

lobject.h:

typedef struct Table {

CommonHeader;

lu_byte flags; /* 1<<p means tagmethod(p) is not present */

lu_byte lsizenode; /* log2 of size of `node' array */

struct Table *metatable;

...

其中flags用于缓存nil结果（位数组）。

* Table的flags域用于缓存元表的查询（加速判断元方法是否存在）

详细见gfasttm的宏定义以及luaT_gettm的实现

* global_State结构体携带元方法名称数组信息，用于快速把枚举值转换为TString *字符串。

lstate.h

...

struct Table *mt[NUM_TAGS]; /* metatables for basic types */

TString *tmname[TM_N]; /* array with tag-method names */

} global_State;

其中mt是把LUA_TNIL到LUA_TTHREAD的常量（定义在lua.h中）映射为基本类型的元表。

（基本类型的元表由lapi.c的lua_setmetatable修改）

tmname用于所有元方法枚举映射为TString *数组，

以便于查询元表时获取luaH_getstr()需要传入的作为键名的字符串指针参数。

三、头文件

#include <string.h>

#include "lua.h"

#include "lobject.h"

#include "lstate.h"

#include "lstring.h"

#include "ltable.h"

#include "ltm.h"

四、宏定义

1. #define ltm_c

表示源于ltm.c。

2. #define LUA_CORE

表示ltm作为Lua的底层实现。

五、全局的枚举值

1. TMS（元标签类型）

typedef enum {

TM_INDEX,

TM_NEWINDEX,

TM_GC,

TM_MODE,

TM_EQ, /* last tag method with `fast' access */

TM_ADD,

TM_SUB,

TM_MUL,

TM_DIV,

TM_MOD,

TM_POW,

TM_UNM,

TM_LEN,

TM_LT,

TM_LE,

TM_CONCAT,

TM_CALL,

TM_N /* number of elements in the enum */

} TMS;

注意它的值分别对应luaT_init内的luaT_eventname数组

static const char *const luaT_eventname[] = { /* ORDER TM */

"__index", "__newindex",

"__gc", "__mode", "__eq",

"__add", "__sub", "__mul", "__div", "__mod",

"__pow", "__unm", "__len", "__lt", "__le",

"__concat", "__call"

};

另外，fasttm和gfasttm宏只支持查询TM_INDEX和TM_MODE之间元方法的值。

而luaT_gettmbyobj可以查所有TMS类型。

六、全局变量

1. const char *const luaT_typenames[] = {

"nil", "boolean", "userdata", "number",

"string", "table", "function", "userdata", "thread",

"proto", "upval"

};

这个数组是用来把LUA_TNIL到LUA_TTHREAD常量（定义在lua.h中）转换为字符串。

跟元方法的关系不大（配合ttype宏获取TValue结构体的类型信息）

七、全局宏

1. #define gfasttm(g,et,e) ((et) == NULL ? NULL : \

((et)->flags & (1u<<(e))) ? NULL : luaT_gettm(et, e, (g)->tmname[e]))

这个宏的作用是快速获取指定元方法对应的TValue *值。

给定——

* 全局状态g（类型为global_State结构体的L栈全局状态G(L)，见lua_State的l_G域）、

* 表et（类型为Table结构体的元表，事件表？）、

* 事件e（类型为TMS的元方法枚举值），

返回获取的标签方法（元方法）的对应值（类型为TValue *）。

作用类似下面的伪代码（et可以看成是一个以字符串为下标的关联数组）。

tm gfasttm(g, et, event)

{

return et[g.metaname[event]]

}

由于lgc的traversetable方法要取__mode元方法的值，

但traversetable方法是直接以global_State类型作为参数，

所以需要定义这个gfasttm()宏（实际上它和fasttm是同等作用的）

2. #define fasttm(l,et,e) gfasttm(G(l), et, e)

相当于gfasttm(G(L), et, event)。

和gfasttm作用相同，都是快速获取指定元方法对应的TValue *值。

除了lgc的traversetable函数外，Lua其它代码（分布在lgc, ltm, lvm三个模块）

都使用它从元表中取出元方法的值。

八、全局导出函数

1. void luaT_init (lua_State *L) {

由于需要查Table的值（使用luaH_getstr），要用到TString *的键，需要缓存元方法常数。

同时确保每个常数都不会被回收。

2. const TValue *luaT_gettm (Table *events, TMS event, TString *ename) {

作为gfasttm和fasttm的内部实现（判断nil缓存的工作交给宏处理）

当发现结果为nil，该函数会对events的flags做标记（把某个位从0变成1）以达到缓存效果。

返回的TM值可能是闭包、值或者是空指针。

3. const TValue *luaT_gettmbyobj (lua_State *L, const TValue *o, TMS event) {

查询o的event元方法，如果o既不是表也不是用户数据，则查询L的event元方法。

九、关键代码

1. luaT_gettm / luaT_gettmbyobj

实际上它们都使用luaH_getstr进行索引查询，

不同的是，前者使用元表的位数组缓存查询到的nil结果，

但是只支持__index, __newindex, __gc和__mode，

而后者没有做结果的缓存处理，所以没有限制元方法的类型范围。