问题

C语言学到什么程度可以看Lua的源码?

回答
想看懂 Lua 源码,C 语言得有那么点儿模样才行。不是说非得精通到能写操作系统,但基础得扎实,一些核心的概念得吃透。要是 C 基础还摇摇晃晃,直接上手 Lua 源码,那感觉就像是在稀泥里挖洞,费劲不说,还容易把自己搞晕。

首先,C 语言的基础部分是你必须得过关的.

变量、数据类型、运算符: 这个不用多说了,C 的基石。Lua 源码里你会看到各种变量的声明、赋值,以及各种算术、逻辑、位运算符的运用。
控制流语句(if, else, while, for, switch): 怎么控制程序的执行流程,Lua 源码里也是这么用的。循环、条件判断,这些是构成程序逻辑的基础。
函数: 怎么定义函数,怎么传递参数,怎么返回值,这些在 Lua 源码里是家常便饭。Lua 的许多底层逻辑都是通过 C 函数实现的。
指针: 这个是 C 的一个特色,也是很多人学习 C 时头疼的地方。Lua 源码大量使用指针,尤其是涉及到内存管理、数据结构、函数调用等地方。如果你对指针的概念模糊,比如指针的指向、指针的运算、二级指针等等,那看 Lua 源码会非常吃力。你可以想象成,C 源码里的数据就像被锁在房间里,而指针就是那个万能钥匙,没有钥匙,你就只能干看着。
内存管理(malloc, free, realloc): Lua 是一门动态类型语言,它的内存分配和释放是需要 C 来完成的。源码里你会看到 `malloc`、`free` 等函数的身影,用来动态分配内存块。理解它们如何工作,以及内存泄漏是怎么回事,对你理解 Lua 的内存模型至关重要。
结构体(struct)和联合体(union): Lua 内部大量使用结构体来组织数据,比如表示 Lua 的值(`TValue`)、表示 Lua 的状态(`lua_State`)、表示 Lua 的函数(`LClosure`)等等。理解结构体的成员访问、内存布局,是理解这些数据结构的关键。联合体虽然在 Lua 源码中不那么常见,但理解它们的设计思想也有助于全面掌握 C。
宏(define): C 语言的宏是文本替换,在 Lua 源码中,宏常被用来定义常量、简化代码、实现一些预处理逻辑。比如,一些宏定义了 Lua 内部使用的常量,或者用来简化对结构体成员的访问。
类型转换(Type Casting): 在 C 语言中,有时候需要显式地将一个类型的值转换为另一个类型。Lua 源码里也可能出现这种情况,尤其是在处理不同数据类型之间的转换时。
位运算: 有些 Lua 内部的实现可能用到位运算来节省空间或者提高效率,比如在表示某些标志位的时候。

更进一步,对 C 的一些“高级”特性有了解会让你事半功倍.

指针的深入理解: 不仅仅是知道指针是什么,还要理解指针算术(比如 `ptr + n` 的含义)、指向指针的指针(二级指针)、函数指针(Lua 源码里可能会用到,虽然不是核心)。
void 指针(`void`): `void` 是一个泛型指针,可以指向任何类型的数据。Lua 源码里经常会用到 `void` 来传递不确定类型的数据,然后通过类型转换来使用。理解 `void` 的作用和安全使用方式很重要。
数组和指针的关系: C 语言里数组名通常可以被当作指向数组首元素的指针来使用。Lua 源码里在处理数组(比如 Lua 的栈)时,会用到这种特性。
位域(Bit Fields): 虽然在 Lua 源码中不那么普遍,但有些 C 语言的优化技巧会用到位域,了解它们有助于理解更底层的 C 实现。
`typedef`: `typedef` 允许你为已有的数据类型创建新的名字,这使得代码更具可读性。Lua 源码大量使用 `typedef`,比如 `typedef int lu_byte;` 这种。
`const` 关键字: 理解 `const` 的作用,它用来表明变量的值不能被修改,这有助于编写更健壮的代码。
预处理器指令: 除了 `define`,还有 `ifdef`、`ifndef`、`if`、`else`、`elif`、`endif` 等条件编译指令。Lua 源码会使用这些指令来根据不同的编译选项包含或排除某些代码,这对于理解 Lua 的跨平台特性很有帮助。

更具体地说,理解 C 语言的内存模型和一些编程范式会让你事半功倍.

栈(Stack)和堆(Heap)的区别: C 语言中变量的存储位置(栈或堆)会影响其生命周期和访问方式。Lua 内部有一个自己的虚拟机栈,理解 C 栈和 Lua 栈的交互方式是关键。
函数调用约定(Calling Conventions): 虽然 Lua 源码隐藏了大部分底层的函数调用细节,但了解函数参数是如何传递(比如通过栈还是寄存器)以及返回值如何处理,有助于理解 C 函数如何被 Lua 调用,以及 Lua 如何调用 C 函数。
编译和链接的过程: 知道 C 代码是怎么被编译成机器码,以及多个 C 文件是怎么链接成一个可执行程序的,能让你对整个软件的构成有更宏观的认识。

达到什么程度呢?

我觉得,如果你能独立完成一些 有一定复杂度的 C 语言小程序,比如:

实现一个简单的链表,并进行增删改查操作。
写一个简单的内存管理器(虽然 Lua 的内存管理更复杂,但可以作为入门)。
用 C 语言模拟实现一个简单的文件系统(可能有点夸张,但体现了对文件操作和数据结构的理解)。
能够理解并修改一些现有的 C 语言开源项目,即使是很小的项目。

举个例子,在看 Lua 源码时,你会遇到这样的代码:

```c
typedef struct {
TValue value;
int flags;
} Tsv;
```

这时候,如果你对 `struct` 的定义、成员访问(`ts.value`)非常熟悉,就能直接理解 `Tsv` 是一个包含 `value` 和 `flags` 两个成员的结构体。

再比如,你会看到 `api.h` 文件里有很多 `lua_pushXXX`、`lua_toXXX` 这样的函数。这些函数通常返回或接受 `lua_State` 指针,并且可能涉及到 `void` 的转换。如果你对指针和类型转换有深入理解,就能明白这些 API 的作用和潜在的风险。

总而言之,C 语言的“熟练”程度,是指你看到一段 C 代码,能够清晰地理解它的逻辑,知道它是如何工作的,并且能够预测它可能的行为,尤其是涉及到指针和内存操作的时候。

当你觉得看 C 语言书籍里的示例代码,不再需要反复查阅资料,能够融会贯通,并且能够自己写出符合要求的功能时,那差不多就可以去尝试啃 Lua 源码了。别怕,源码一开始可能像天书,但你把 C 语言的基础再巩固一下,然后对照着 C 语言的知识点一点点去看,慢慢就能找到感觉。

网友意见

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首先你需要学会lua(不仅仅是C语言水平的问题),这里的学会我指的是能用lua写个几千上万行业务代码,对lua有了一定的理解,再根据你自己理解找找对lua哪方面感兴趣,专门针对那方面去看lua的代码,比如函数调用是怎么实现的(以及与C语言怎么交互的)、lua的debug库是怎么提供hook指令执行的等等。你看云风那么多lua分析的文章都是这段时间关注GC就看GC的实现,那段时间关注string的实现就看string的相关代码。找到你关注的感兴趣的部分去看,比你在14588行代码(lua 5.2.3的代码,排除注释和空行)乱无头绪的看要好多了。

如果你想通过看lua代码学习编译原理的知识,那自然就看词法分析、语法分析、代码生成及VM代码,这方面我曾写过三篇博客(

lua源码剖析(一)

lua源码剖析(二)

lua源码剖析(三)

)。不过我不推荐通过lua源码来学习编译原理,因为很难在lua这种工业级的解释器里理清交杂在一起的语法分析、语义分析以及代码生成。lua本身是一个一遍式的编译器,我觉得对于初学者来说这是不好理解的,在这个一遍式的编译器里还交杂着GC和运行时报错的准备工作,另外一方面lua的代码变量太短,经常是一个字母,不好读(至少我是这么认为的),各个模块之间耦合也很大程度的影响理解。我觉得学习编译原理最好的方式是,先通看一遍编译原理,然后硬着头皮写一个渣编译器(解释器),这时候你再来看lua这块的代码会好很多。我在看lua代码之前,就是自己实现了一个lua的子集,我目前正在写第二版的实现(luna第二版:

airtrack/luna · GitHub

只是子集,没有metatable userdata coroutine等东西),luna的第一版我实现了一个渣一般的栈虚拟机,在看了lua的代码之后,我想实现一个寄存器虚拟机,于是写了第二版。在写第二版的时候有时候遇到某个问题,觉得我自己的想法实现成本太高时(运行时的时空代价),我就会看看lua是怎么实现的,比如运行时报错(f()函数调用,f本身不是函数的报错),而这时候我已经有过自己的思考,再去看lua的这块实现,看代码3-5分钟就看到了重点,醍醐灌顶,然后迅速的实现出来。其实到目前为止我都没有完整的看过lua的代码。

另外lua的是一个工业级的解释器,它的很多实现方式是有效率考虑的(比如一遍式的编译),而且很多实现方面都是在它这个语言之下是很优的(也许是最优的),如果换做另外一门语言,是不能完全套用它的实现方式,当然原理是通的,所以我觉得关键还是理解实现后面的原理,不单单是看怎么实现的。

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