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本文从一个简单示例入手，详细讲解Lua字节码文件的存储结构及各字段含义，进而引出Lua虚拟机指令集和运行时的核心数据结构LuaState，最后解释Lua虚拟机的47条指令如何在LuaState上运作的。

为了达到较高的执行效率，lua代码并不是直接被Lua解释器解释执行，而是会先编译为字节码，然后再交给lua虚拟机去执行。lua代码称为chunk，编译成的字节码则称为二进制chunk（Binarychunk）。lua.exe、wlua.exe解释器可直接执行lua代码（解释器内部会先将其编译成字节码），也可执行使用luac.exe将lua代码预编译（Precompiled）为字节码。使用预编译的字节码并不会加快脚本执行的速度，但可以加快脚本加载的速度，并在一定程度上保护源代码。luac.exe可作为编译器，把lua代码编译成字节码，同时可作为反编译器，分析字节码的内容。

luac.exe-v//显示luac的版本号\nluac.exeHello.lua//\n在当前目录下，编译得到Hello.lua的二进制chunk文件luac.out（默认含调试符号）\n\nluac.exe-oHello.outHello1.luaHello2.lua//\n在当前目录下，编译得到Hello1.lua和Hello2.lua的二进制chunk文件Hello.out（默认含调试符号）\n\nluac.exe-s-od:\\\\Hello.outHello.lua//\n编译得到Hello.lua的二进制chunk文件d:\\\\Hello.out（去掉调试符号）\n\nluac.exe-pHello1.luaHello2.lua//\n对Hello1.lua和Hello2.lua只进行语法检测（注：只会检查语法规则，不会检查变量、函数等是否定义和实现，函数参数返回值是否合法）

lua编译器以函数为单位对源代码进行编译，每个函数会被编译成一个称之为原型（Prototype）的结构，原型主要包含6部分内容：函数基本信息（basicinfo，含参数数量、局部变量数量等信息）、字节码（bytecodes）、常量（constants）表、upvalue（闭包捕获的非局部变量）表、调试信息（debuginfo）、子函数原型列表（subfunctions）。

原型结构使用这种嵌套递归结构，来描述函数中定义的子函数：

注：lua允许开发者可将语句写到文件的全局范围中，这是因为lua在编译时会将整个文件放到一个称之为main函数中，并以它为起点进行编译。

Hello.lua源代码如下：

print(&34;)\nfunctionadd(a,b)\nreturna+b\nend

编译得到的Hello.out的二进制为：

二进制chunk（Binarychunk）的格式并没有标准化，也没有任何官方文档对其进行说明，一切以lua官方实现的源代码为准。其设计并没有考虑跨平台，对于需要超过一个字节表示的数据，必须要考虑大小端（Endianness）问题。

lua官方实现的做法比较简单：编译lua脚本时，直接按照本机的大小端方式生成二进制chunk文件，当加载二进制chunk文件时，会探测被加载文件的大小端方式，如果和本机不匹配，就拒绝加载。二进制chunk格式设计也没有考虑不同lua版本之间的兼容问题，当加载二进制chunk文件时，会检测其版本号，如果和当前lua版本不匹配，就拒绝加载。另外，二进制chunk格式设计也没有被刻意设计得很紧凑。在某些情况下，一段lua代码编译成二进制chunk后，甚至会被文本形式的源代码还要大。预编译成二进制chunk主要是为了提升加载速度，因此这也不是很大的问题。

头部字段：

嵌套的函数原型：

注1：二进制chunk中的字符串分为三种情况：

①NULL字符串用0x00表示；

②长度小于等于253（0xFD）的字符串，先用1个byte存储字符串长度+1的数值，然后是字节数组；

③长度大于等于254（0xFE）的字符串，第一个字节是0xFF，后面跟一个8字节size_t类型存储字符串长度+1的数值，然后是字节数组。

注2：常量tag对应表

查看二进制chunk中的所有函数（精简模式）：

luac.exe-lHello.lua

luac.exe-lHello.out

注1：每个函数信息包括两个部分：前面两行是函数的基本信息，后面是函数的指令列表。

注2：函数的基本信息包括：函数名称、函数的起始行列号、函数包含的指令数量、函数地址。函数的参数params个数（0+表示函数为不固定参数）、寄存器slots数量、upvalue数量、局部变量locals数量、常量constants数量、子函数functions数量。

注3：指令列表里的每一条指令包含指令序号、对应代码行号、操作码和操作数。分号后为luac生成的注释，以便于我们理解指令。

注4：整个文件内容被放置到了main函数中，并以它作为嵌套起点。

查看二进制chunk中的所有函数（详细模式）：

luac.exe-l-lHello.lua注：参数为2个-l

luac.exe-l-lHello.out注：详细模式下，luac会把常量表、局部变量表和upvalue表的信息也打印出来

main<Test2.lua:0,0>(6instructionsat0046e528)\n0+params,2slots,1upvalue,0locals,3constants,1function\n序号代码行指令\n1[1]GETTABUP00-1;_ENV&34;//GETTABUPABC//将upvalues表索引为B:0的upvalue(即：_ENV)中key为常量表索引为C:-1的(即print)，放到寄存器索引为A:0的地方\n2[1]LOADK1-2;&34;//LOADKABx//将常量表索引为Bx:-2的hello加载到寄存器索引为A:1的地方\n3[1]CALL021;//CALLABC//调用寄存器索引为A:0的函数，参数个数为B:2减1(即1个)，C:1表示无返回值\n4[5]CLOSURE00;0046e728//CLOSUREABx//将子函数原型列表索引为Bx:0的函数地址，放到寄存器索引为A:0的地方\n5[3]SETTABUP0-30;_ENV&34;//SETTABUPABC//将upvalues表索引为A:0的upvalue(即：_ENV)中key为常量表索引为B:-3(即add)，设置为寄存器索引为C:0指向的值\n6[5]RETURN01;//RETURNAB//B:1表示无返回值\nconstants(3)for0046e528:\n序号常量名\n1&34;\n2&34;\n3&34;\nlocals(0)for0046e528:\nupvalues(1)for0046e528:\n序号upvalue名是否为直接外围函数的局部变量在外围函数调用帧的索引\n0_ENV10\n\nfunction<Test2.lua:3,5>(3instructionsat0046e728)\n2params,3slots,0upvalues,2locals,0constants,0functions\n序号代码行指令\n1[4]ADD201;//ADDABC//将寄存器索引为0、1的两个数相加得到的结果放到寄存器索引为2的地方\n2[4]RETURN22;//RETURNAB//B:2表示有一个返回值A:2表示返回值在寄存器索引为2的地方\n3[5]RETURN01;//RETURNAB//B:1表示无返回值\nconstants(0)for0046e728:\nlocals(2)for0046e728:\n寄存器索引起始指令序号终止指令序号-1得到实际指令序号\n0a14;a变量的指令范围为[0,3]，起始为0表示为传入的参数变量\n1b14;b变量的指令范围为[0,3]\nupvalues(0)for0046e728:

luac.exe-l-//从标准设备读入脚本，输完后按回车，然后按Ctrl+Z并回车，会打印出输入内容对应的二进制chunk内容注：进入输入模式后可按Ctrl+C强制退出

luac.exe-l–//使用上次输入，打印出二进制chunk内容

luac.exe-l-l–//使用上次输入，详细模式下打印出二进制chunk内容（参数为2个-l）

StackBasedVMvsRigisterBasedVM

高级编程语言的虚拟机是利用软件技术对硬件进行的模拟和抽象。按照实现方式，可分为两类：基于栈（StackBased）和基于寄存器（RigisterBased）。Java、.NETCLR、Python、Ruby、Lua5.0之前的版本的虚拟机都是基于栈的虚拟机；从5.0版本开始，Lua的虚拟机改成了基于寄存器的虚拟机。

一个简单的加法赋值运算：a=b+c

基于栈的虚拟机，会转化成如下指令:

pushb;//将变量b的值压入stack\n\npushc;//将变量c的值压入stack\n\nadd;//将stack顶部的两个值弹出后相加，然后将结果压入stack顶\n\nmova;//将stack顶部结果放到a中

所有的指令执行，都是基于一个操作数栈的。你想要执行任何指令时，对不起，得先入栈，然后算完了再给我出栈。总的来说，就是抽象出了一个高度可移植的操作数栈，所有代码都会被编译成字节码，然后字节码就是在玩这个栈。好处是实现简单，移植性强。坏处是指令条数比较多，数据转移次数比较多，因为每一次入栈出栈都牵涉数据的转移。

基于寄存器的虚拟机，会转化成如下指令：

addabc;//将b与c对应的寄存器的值相加，将结果保存在a对应的寄存器中

没有操作数栈这一概念，但是会有许多的虚拟寄存器。这类虚拟寄存器有别于CPU的寄存器，因为CPU寄存器往往是定址的(比如DX本身就是能存东西)，而寄存器式的虚拟机中的寄存器通常有两层含义：

(1)寄存器别名(比如lua里的RA、RB、RC、RBx等)，它们往往只是起到一个地址映射的功能，它会根据指令中跟操作数相关的字段计算出操作数实际的内存地址，从而取出操作数进行计算；

(2)实际寄存器，有点类似操作数栈，也是一个全局的运行时栈，只不过这个栈是跟函数走的，一个函数对应一个栈帧，栈帧里每个slot就是一个寄存器，第1步中通过别名映射后的地址就是每个slot的地址。

好处是指令条数少，数据转移次数少。坏处是单挑指令长度较长。具体来看，lua里的实际寄存器数组是用TValue结构的栈来模拟的，这个栈也是lua和C进行交互的虚拟栈。

lua指令集

Lua虚拟机的指令集为定长（Fixed-width）指令集，每条指令占4个字节（32bits），其中操作码（OpCode）占6bits，操作数（Operand）使用剩余的26bits。Lua5.3版本共有47条指令，按功能可分为6大类：常量加载指令、运算符相关指令、循环和跳转指令、函数调用相关指令、表操作指令和Upvalue操作指令。

按编码模式分为4类：iABC（39）、iABx（3）、iAsBx（4）、iAx（1）

4种模式中，只有iAsBx下的sBx操作数会被解释成有符号整数，其他情况下操作数均被解释为无符号整数。操作数A主要用来表示目标寄存器索引，其他操作数按表示信息可分为4种类型：OpArgN、OpArgU、OpArgR、OpArgK：

Lua栈索引

注1：绝对索引是从1开始由栈底到栈顶依次增长的；

注2：相对索引是从-1开始由栈顶到栈底依次递减的（在luaAPI函数内部会将相对索引转换为绝对索引）；

注3：上图栈的容量为7，栈顶绝对索引为5，有效索引范围为：[1,5]，可接受索引范围为：[1,7]；

注4：Lua虚拟机指令里寄存器索引是从0开始的，而LuaAPI里的栈索引是从1开始的，因此当需要把寄存器索引当成栈索引使用时，要进行+1。

LuaState

指令表

下面是Lua的47条指令详细说明：

B:1CA:3MOVE

把源寄存器（索引由B指定）里的值移动到目标寄存器（索引有A指定），常用于局部变量赋值和参数传递。

公式：R(A):=R(B)

Bx:2A:4LOADK

给单个寄存器（索引由A指定）设置成常量（其在常量表的索引由Bx指定），将常量表里的某个常量加载到指定寄存器。

在lua中，数值型、字符串型等局部变量赋初始值（数字和字符串会放到常量表中）：

公式：R(A):=Kst(Bx)

BxA:4LOADKX

Ax:585028EXTRAARG

LOADK使用Bx（18bits，最大无符号整数为262143）表示常量表索引。当将lua作数据描述语言使用时，常量表可能会超过这个限制，为了应对这种情况，lua提供了LOADKX指令。LOADKX指令需要和EXTRAAG指令搭配使用，用后者的Ax（26bits）操作数来指定常量索引。

公式：R(A):=Kst(Ax)

指令名称类型操作码BCALOADBOOLiABC0x03OpArgUOpArgU目标寄存器idx

B:0C:1A:2LOADBOOL

给单个寄存器（索引由A指定）设置布尔值（布尔值由B指定），如果寄存器C为非0则跳过下一条指令。

公式：

R(A):=(bool)B

if(C)pc++

指令名称类型操作码BCALOADNILiABC0x04OpArgUOpArgN目标寄存器idx

B:4CA:0LOADNIL

将序号[A,A+B]连续B+1个寄存器设置成nil值，用于给连续n个寄存器放置nil值。在lua中，局部变量的默认初始值为nil，LOADNIL指令常用于给连续n个局部变量设置初始值。

公式：R(A),R(A+1),…,R(A+B):=nil

指令名称类型操作码BCAGETUPVALiABC0x05OpArgUOpArgN目标寄存器idx

B:1CA:3GETUPVAL

把当前闭包的某个Upvalue值（索引由B指定）拷贝到目标寄存器（索引由A指定）中。

公式：R(A):=Upvalue[B]

指令名称类型操作码BCAGETTABUPiABC0x06OpArgUOpArgK目标寄存器idx

B:0C:0x002A:3GETTABUP

把当前闭包的某个Upvalue值（索引由B指定）拷贝到目标寄存器（索引由A指定）中，与GETUPVAL不同的是，Upvalue从表里取值（键由C指定，为寄存器或常量表索引）。

R(A):=Upvalue[B][rk(c)]

指令名称类型操作码BCAGETTABLEiABC0x07OpArgROpArgK目标寄存器idx

B:0C:0x002A:3GETTABLE

把表中某个值拷贝到目标寄存器（索引由A指定）中，表所在寄存器索引由B指定，键由C（为寄存器或常量表索引）指定。

公式：R(A):=R[B][rk(c)]

指令名称类型操作码BCASETTABUPiABC0x08OpArgKOpArgK目标寄存器idx

B:0x002C:0x003A:0SETTABUP

设置当前闭包的某个Upvalue值（索引由A指定）为寄存器或常量表的某个值（索引由C指定），与SETUPVAL不同的是，Upvalue从表里取值（键由B指定，为寄存器或常量表索引）。

Upvalue[A][rk(b)]:=RK(C)

指令名称类型操作码BCASETUPVALiABC0x09OpArgUOpArgN目标寄存器idx

B:0CA:3SETUPVAL

设置当前闭包的某个Upvalue值（索引由B指定）为寄存器的某个值（索引由A指定）。

公式：Upvalue[B]:=R(A)

指令名称类型操作码BCASETTABLEiABC0x0AOpArgKOpArgK目标寄存器idx

B:0x002C:0x003A:1SETTABLE

给寄存器中的表（索引由A指定）的某个键进行赋值，键和值分别由B和C指定（为寄存器或常量表索引）。

公式：R(A)[RK(B)]:=RK(C)

指令名称类型操作码BCANEWTABLEiABC0x0BOpArgUOpArgU目标寄存器idx

B:0C:2A:4NEWTABLE

创建空表，并将其放入指定寄存器（索引有A指定），表的初始数组容量和哈希表容量分别有B和C指定。

公式：R(A):={}(size=B,C)

指令名称类型操作码BCASELFiABC0x0COpArgROpArgK目标寄存器idx

B:1C:0x100A:2SELF

把寄存器中对象（索引由B指定）和常量表中方法（索引由C指定）拷贝到相邻的两个目标寄存器中，起始目标寄存器的索引由A指定。

公式：

R(A+1):=R(B)

R(A):=R(B)[RK(C)]

指令名称类型操作码BCAADDiABC0x0DOpArgKOpArgK目标寄存器idx

B:0x001C:0x100A:4ADD

对两个寄存器或常量值（索引由B和C指定）进行相加，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）。

公式：R(A):=RK(B)+RK(C)

指令名称类型操作码BCASUBiABC0x0EOpArgKOpArgK目标寄存器idx

B:0x001C:0x100A:4SUB

对两个寄存器或常量值（索引由B和C指定）进行相减，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）

公式：

R(A):=RK(B)-RK(C)

指令名称类型操作码BCAMULiABC0x0FOpArgKOpArgK目标寄存器idx

B:0x001C:0x100A:4MUL

对两个寄存器或常量值（索引由B和C指定）进行相乘，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）。

公式：R(A):=RK(B)*RK(C)

指令名称类型操作码BCAMODiABC0x10OpArgKOpArgK目标寄存器idx

B:0x001C:0x100A:4MOD

对两个寄存器或常量值（索引由B和C指定）进行求摸运算，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）。

公式：R(A):=RK(B)%RK(C)

指令名称类型操作码BCAPOWiABC0x11OpArgKOpArgK目标寄存器idx

B:0x001C:0x100A:4POW

对两个寄存器或常量值（索引由B和C指定）进行求幂运算，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）。

公式：R(A):=RK(B)^RK(C)

指令名称类型操作码BCADIViABC0x12OpArgKOpArgK目标寄存器idx

B:0x001C:0x100A:4DIV

对两个寄存器或常量值（索引由B和C指定）进行相除，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）。

公式：R(A):=RK(B)/RK(C)

指令名称类型操作码BCAIDIViABC0x13OpArgKOpArgK目标寄存器idx

B:0x001C:0x100A:4IDIV

对两个寄存器或常量值（索引由B和C指定）进行相整除，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）。

公式：R(A):=RK(B)//RK(C)

指令名称类型操作码BCABANDiABC0x14OpArgKOpArgK目标寄存器idx

B:0x001C:0x100A:4BAND

对两个寄存器或常量值（索引由B和C指定）进行求与操作，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）。

公式：R(A):=RK(B)&RK(C)

指令名称类型操作码BCABORiABC0x15OpArgKOpArgK目标寄存器idx

B:0x001C:0x100A:4BOR

对两个寄存器或常量值（索引由B和C指定）进行求或操作，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）。

公式：R(A):=RK(B)|RK(C)

指令名称类型操作码BCABXORiABC0x16OpArgKOpArgK目标寄存器idx

B:0x001C:0x100A:4BXOR

对两个寄存器或常量值（索引由B和C指定）进行求异或操作，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）

公式：R(A):=RK(B)~RK(C)

指令名称类型操作码BCASHLiABC0x17OpArgKOpArgK目标寄存器idx

B:0x001C:0x100A:4SHL

索引由B指定的寄存器或常量值进行左移位操作（移动位数的索引由C指定的寄存器或常量值），并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）。

公式：R(A):=RK(B)<<RK(C)

指令名称类型操作码BCASHRiABC0x18OpArgKOpArgK目标寄存器idx

B:0x001C:0x100A:4SHR

索引由B指定的寄存器或常量值进行右移位操作（移动位数的索引由C指定的寄存器或常量值），并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）。

公式：R(A):=RK(B)>>RK(C)

指令名称类型操作码BCAUNMiABC0x19OpArgROpArgN目标寄存器idx

B:1CA:3UNM

对寄存器（索引由B指定）进行取负数操作，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）。

公式：R(A):=-R(B)

指令名称类型操作码BCABNOTiABC0x1AOpArgROpArgN目标寄存器idx

B:1CA:3BNOT

对寄存器（索引由B指定）进行取反操作，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）。

公式：R(A):=~R(B)

指令名称类型操作码BCANOTiABC0x1BOpArgROpArgN目标寄存器idx

B:1CA:3NOT

对寄存器（索引由B指定）进行求非操作，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）。

公式：R(A):=notR(B)

指令名称类型操作码BCALENiABC0x1COpArgROpArgN目标寄存器idx

B:1CA:3LEN

对寄存器（索引由B指定）进行求长度操作，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）。

公式：R(A):=lengthofR(B)

指令名称类型操作码BCACONCATiABC0x1DOpArgROpArgR目标寄存器idx

B:2C:4A:1CONCAT

将连续n个寄存器（起始索引和终止索引由B和C指定）里的值进行拼接，并将结果放入另一个寄存器中（索引由A指定）。

公式：R(A):=R(B)…….R(C)

指令名称类型操作码sBxAJMPiAsBx0x1EOpArgR目标寄存器idx

sBx:-1AJMP

当sBx不为0时，进行无条件跳转，执行pc=pc+sBx（sBx为-1，表示将当前指令再执行一次注：这将是一个死循环）

sBx:0A:0x001JMP；

当sBx为0时（继续执行后面指令，不跳转），用于闭合处于开启状态的Upvalue（即：把即将销毁的局部变量的值复制出来，并更新到某个Upvalue中）。

当前闭包的某个Upvalue值的索引由A指定：

指令名称类型操作码BCAEQiABC0x1FOpArgKOpArgK目标寄存器idx

B:0x001C:0x100A:1EQ

寄存器或常量表（索引由B指定）是否等于寄存器或常量表（索引由C指定），若结果等于操作数A，则跳过下一条指令。

公式：if((RK(B)==RK(C))pc++

指令名称类型操作码BCALTiABC0x20OpArgKOpArgK目标寄存器idx

B:0x001C:0x100A:1LT

寄存器或常量表（索引由B指定）是否小于寄存器或常量表（索引由C指定），若结果等于操作数A，则跳过下一条指令。

公式：if((RK(B)<RK(C))pc++

指令名称类型操作码BCALEiABC0x21OpArgKOpArgK目标寄存器idx

B:0x001C:0x100A:1LE

寄存器或常量表（索引由B指定）是否小于等于寄存器或常量表（索引由C指定），若结果等于操作数A，则跳过下一条指令。

公式：if((RK(B)<=RK(C))pc++

指令名称类型操作码BCATESTiABC0x22OpArgNOpArgU目标寄存器idx

BC:0A:1TEST

判断寄存器（索引由A指定）中的值转换为bool值后，是否和操作数C表示的bool值一致，若结果不一致，则跳过下一条指令。

公式：

ifnot(R(A)<=>C)pc++

注：<=>表示按bool值比较

指令名称类型操作码BCATESTSETiABC0x23OpArgROpArgU目标寄存器idx

B:3C:0A:1TESTSET

判断寄存器（索引由B指定）中的值转换为bool值后，是否和操作数C表示的bool值一致，若结果一致，将寄存器（索引由B指定）中的值复制到寄存器中（索引由A指定），否则跳过下一条指令。

公式：

if(R(B)\\<=\\>C)\nR(A):=R(B)\nelse\npc++

注：<=>表示按bool值比较

指令名称类型操作码BCACALLiABC0x24OpArgUOpArgU目标寄存器idx

B:5C:4A:0CALL

被调用函数位于寄存器中（索引由A指定），传递给被调用函数的参数值也在寄存器中，紧挨着被调用函数，参数个数为操作数B指定。

①B==0，接受其他函数全部返回来的参数

②B>0，参数个数为B-1

函数调用结束后，原先存放函数和参数值的寄存器会被返回值占据，具体多少个返回值由操作数C指定。

①C==0，将返回值全部返回给接收者

②C==1，无返回值

③C>1，返回值的数量为C-1

公式：R(A),…,

指令名称类型操作码BCATAILCALLiABC0x25OpArgUOpArgU目标寄存器idx

函数调用一般通过调用栈来实现。用这种方法，每调用一个函数都会产生一个调用帧。

如果调用层次太深（如递归），容易导致栈溢出。尾递归优化则可以让我们发挥递归函数调用威力的同时，避免调用栈溢出。利用这种优化，被调函数可以重用主调函数的调用帧，因此可有效缓解调用栈溢出症状。不过该优化只适合某些特定情况。

如：returnf(args)会被编译器优化成TAILCALL指令，公式：returnR(A)(R(A+1),…,R(A+B-1))

指令名称类型操作码BCARETURNiABC0x26OpArgUOpArgN目标寄存器idx

B:4CA:2RETURN

把存放在连续多个寄存器里的值返回给父函数，其中第一个寄存器的索引由操作数A指定，寄存器数量由操作数B指定，操作数C没有使用，需要将返回值推入栈顶：

①B==1，不需要返回任何值

②B>1，需要返回B-1个值；这些值已经在寄存器中了，只用再将它们复制到栈顶即可

③B==0，一部分返回值已经在栈顶了，只需将另一部分也推入栈顶即可

公式：returnR(A),…,R(A+B-2)

指令名称类型操作码sBxAFORLOOPiAsBx0x27OpArgR目标寄存器idx

数值for循环：用于按一定步长遍历某个范围内的数值如：fori=1,100,2dof()end//初始值为1，步长为2，上限为100

该指令先给i加上步长，然后判断i是否在范围之内。若已经超出范围，则循环结束；若为超出范围，则将数值拷贝给用户定义的局部变量，然后跳转到循环体内部开始执行具体的代码块。

公式：

R(A)+=R(A+2)\nifR(A)<?=R(A+1)\npc+=sBx\nR(A+3)=R(A)

注：当步长为正数时<?=为<=

当步长为负数时<?=为>=

指令名称类型操作码sBxAFORPREPiAsBx0x28OpArgR目标寄存器idx

数值for循环：用于按一定步长遍历某个范围内的数值如：fori=1,100,2dof()end//初始值为1，步长为2，上限为100。

该指令的目的是在循环之前预先将i减去步长（得到-1），然后跳转到FORLOOP指令正式开始循环：

公式：

R(A)-=R(A+2)

pc+=sBx

指令名称类型操作码BCATFORCALLiABC0x29OpArgNOpArgU目标寄存器idx

通用for循环：fork,vinpairs(t)doprint(k,v)end

编译器使用的第一个特殊变量(generator):f存放的是迭代器，其他两个特殊变量(state):s、(control):var来调用迭代器，把结果保存在用户定义的变量k、v中。

公式：R(A+3),…,R(A+2+C):=R(A)(R(A+1),R(A+2))

指令名称类型操作码sBxATFORLOOPiAsBx0x2AOpArgR目标寄存器idx

通用for循环：fork,vinpairs(t)doprint(k,v)end

若迭代器返回的第一个值（变量k）不是nil，则把该值拷贝到(control):var，然后跳转到循环体；若为nil，则循环结束。

公式：

ifR(A+1)~=nil

R(A)=R(A+1)

pc+=sBx

指令名称类型操作码BCASETLISTiABC0x2BOpArgUOpArgU目标寄存器idx

SETTABLE是通用指令，每次只处理一个键值对，具体操作交给表去处理，并不关心实际写入的是表的hash部分还是数组部分。SETLIST则是专门给数组准备的，用于按索引批量设置数组元素。其中数组位于寄存器中，索引由操作数A指定；需要写入数组的一系列值也在寄存器中，紧挨着数组，数量由操作数B指定；数组起始索引则由操作数C指定。

因为C操作数只有9bits，所以直接用它表示数组索引显然不够用。这里解决办法是让C操作数保存批次数，然后用批次数乘上批大小（FPF，默认为50）就可以算出数组的起始索引。因此，C操作数能表示的最大索引为25600（50*512），当数组长度大于25600时，SETLIST指令后会跟一条EXTRAARG指令，用其Ax操作数来保存批次数。

综上，C>0，表示的是批次数+1，否则，真正批次数存放在后续的EXTRAARG指令中。

操作数B为0时，当表构造器的最后一个元素是函数调用或者vararg表达式时，Lua会把它们产生的所有值都收集起来供SETLIST使用。

公式：

R(A)[(C-1)*FPF+i]:=R(A+i)

1<=i<=B

指令名称类型操作码BxACLOSUREiABx0x2COpArgU目标寄存器idx

把当前Lua函数的子函数原型实例化为闭包，放入由操作数A指定的寄存器中子函数原型来自于当前函数原型的子函数原型表，索引由操作数Bx指定。

下图为将prototypes表中索引为1的g子函数，放入索引为4的寄存器中：

公式：R(A):=closure(KPROTO[Bx])

指令名称类型操作码BCAVARARGiABC0x2DOpArgUOpArgN目标寄存器idx

把传递给当前函数的变长参数加载到连续多个寄存器中。

其中第一个寄存器的索引由操作数A指定，寄存器数量由操作数B指定，操作数C没有使用，操作数B若大于1，表示把B-1个vararg参数复制到寄存器中，否则只能等于0。

公式：R(A),R(A+1),…R(A+B-2)=vararg

指令名称类型操作码AxEXTRAARGiAx0x2EOpArgU

Ax:67108864EXTRAARG

Ax有26bits，用来指定常量索引，可存放最大无符号整数为67108864，可满足大部分情况的需要了。

参考

《自己动手实现Lua》源代码Lua设计与实现–虚拟机篇Lua5.3BytecodeReferenceLua源码解析

作者：nicochen，腾讯IEG游戏开发工程师

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