LUA知识点复习（下） – -hello to the next infinity-

1.介绍一下闭包

什么是闭包：子函数可以使用父函数中的局部变量

闭包的主要作用有两个：

一是简洁，在不需要使用时，就不生成对象，也不需要函数名；

二是捕获外部变量，形成不同的调用环境。

闭包的原理

闭包（函数）编译时会生成原型（prototype），包含参数、调试信息、虚拟机指令等一系列该闭包的源信息，其中在递归编辑内层函数时，会为内层函数生成指令，同时为该内层函数需要的所有upvalue创建表，以便之后调用时进行upvalue值搜索

在lua中，会生成一个全局栈，所有的upvalue都会指向该栈中的值，若对应的参数离开的作用域，栈中的值也会被释放，upvalue的指针会指向自己，等待被gc

闭包运行时，会通过创建指向upvalue的指针，并循环upvalue linked list，找到所需要的外部变量进行运行

2. Lua的内存管理机制

Lua的内存管理机制是基于垃圾回收（garbage collection）的原理，并采用了标记-清除（mark and sweep）算法。

对象分配：

当Lua程序需要分配内存来存储对象时，它会使用自己的内存分配器。Lua的内存分配器是基于固定大小的内存块（blocks）的，这些内存块被称为"内存块列表"（block list）。当程序需要分配一个对象时，内存分配器会从内存块列表中选择一个合适的内存块来存储该对象。

垃圾回收器：

Lua的垃圾回收器周期性地运行，以检测并清除不再被引用的对象。垃圾回收器分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。

标记阶段：

垃圾回收器从一个称为"根集"（root set）的地方开始，逐步遍历所有可达的对象，并将它们标记为活动对象。根集包括全局变量、当前执行的函数中的局部变量以及C函数中的一些特殊数据结构。

清除阶段：

在标记阶段完成后，垃圾回收器会扫描所有的对象，并清除那些没有被标记的对象（不在活动状态）。这些未被标记的对象被认为是不再被引用的对象，可以被安全地释放内存。

分代回收：

Lua的垃圾回收器采用了分代回收的策略。它将内存对象分为几代（generation），每一代都有不同的优先级。新分配的对象通常被放置在第一代中，而较老的对象则会逐渐晋升到更高的代。这种分代的机制可以提高垃圾回收的效率，因为新分配的对象通常具有较短的生命周期。

手动内存管理：

Lua还提供了一些手动管理内存的机制。其中一个是collectgarbage函数，它可以手动触发垃圾回收过程。通过调整collectgarbage函数的参数，可以对垃圾回收器的行为进行一些控制，例如设置不同的垃圾回收阈值、关闭垃圾回收等。此外，Lua还提供了weak table来帮助管理对象之间的引用关系，以避免循环引用导致的内存泄漏。

3.多人开发如何避免全局变量泛滥

_G 是 Lua 中的一个特殊表，表示全局环境，所有全局变量实际上都保存在这个表中。通过元表（metatable）机制，我们可以拦截对全局变量 _G 的访问和赋值操作，以帮助开发者调试代码中未定义或意外使用的全局变量。

setmetatable(_G, {...}) 为 _G 设置一个元表，并定义了两个元方法：

__newindex：拦截对未定义全局变量的赋值操作；
__index：拦截对未定义全局变量的访问操作。

代码示例：

-- 设置 _G（全局环境表）的元表
setmetatable(
  _G,
  {
    -- 当尝试给不存在的全局变量赋值时触发（如：foo = 123，但 foo 没有事先定义）
    __newindex = function(_, key)
      print("attempt to add a new value to global, key: " .. key)
    end,

    -- 当尝试访问一个未定义的全局变量时触发（如：print(bar)，但 bar 没有定义）
    __index = function(_, key)
      print("attempt to index a global value, key: " .. key)
    end
  }
)

4.热更新的原理

前置1：lua中的require是什么

Lua 中的 require 是一个用于模块加载的函数，其作用是：

加载并运行指定的 Lua 模块（文件）。
只加载一次：同一个模块在整个运行期间只会被加载和执行一次（除非显式清除缓存）。
通常用来组织代码、拆分功能模块。

-- 前提：我们有my_module.lua文件
local myModule = require("my_module")
myModule.functionInModule()

前置2：package

package.loaded 是一个LUA内置的表，Lua 内部用它来记录所有已加载的模块。

print(package.loaded)       --  --> table: 0x...
print(package.path)         --  --> 当前模块搜索路径
print(package.preload)      --  --> 手动注册的模块表

热更新的代码

我们要把新模块的内容，注入进游戏逻辑原本引用的旧模块表中，这样才会在运行中的游戏中生效（不能仅靠require来工作）。


-- 定义热更新函数，参数为模块名
function reloadUp(module_name)
  -- 从全局环境_G中获取旧的模块表
  local old_module = _G[module_name]
  -- 将package.loaded中对应模块标记为未加载，强制重新加载
  package.loaded[module_name] = nil
  -- 重新加载模块，实际上是执行了模块的文件，加载新的内容到内存
  require(module_name)
  -- 从全局环境_G中获取刚加载的新模块表
  local new_module = _G[module_name]
  -- 遍历新模块表中的所有字段
  for k, v in pairs(new_module) do
    -- 将新模块表中的字段复制到旧模块表中，实现更新
    old_module[k] = v
  end
  -- 将更新后的旧模块表重新放回package.loaded，表示模块已被加载（起到标记的作用，避免再调用函数时重复加载）
  package.loaded[module_name] = old_module
end

最终得到的结果的仍是旧的模块表，只是内容已经被热更新。因此，函数中的新模块表只是是通过重新 require(module_name) 加载模块文件生成的一个“临时的新模块表”，而旧表 old_module 是外界（其他模块或代码）已经引用过的模块表，old_module 保存的是对旧模块表的引用，我们要保留这个引用。

require() 是加载动作，for k,v in pairs(new_module) 是迁移动作，package.loaded[...] = old_module 是注册动作

5.C#中，值类型传递为什么会产生GC？ XLua的解决办法是什么？

通常来说，只要堆分配了内存，也就是实例化引用对象，在对象使用完时，就会被GC。所以值类型时从栈上分配的，原则上不会产生GC，但是在lua和C#交互过程中，值传递会因为装箱拆箱产生GC。

以下面的MyStruct为例：

[GCOptimize]
[LuaCallCSharp]
public struct MyStruct
{
    public MyStruct(int p1, int p2)
    {
        a = p1;
        b = p2;
        c = p2;
        e.c = (byte)p1;
    }
    public int a;
    public int b;
    public decimal c;
    public Pedding e;
}

以下代码展示了[GCOptimize]如何通过生成特化代码，绕过.NET装箱机制，避免装箱：

// XLuaTest.MyStruct生成代码
[MonoPInvokeCallbackAttribute(typeof(LuaCSFunction))]
static int __CreateInstance(RealStatePtr L)
{
    try
    {
        ObjectTranslator translator = ObjectTranslatorPool.Instance.Find(L);
        if (LuaAPI.lua_gettop(L) == 3 && LuaTypes.LUA_TNUMBER == LuaAPI.lua_type(L, 2) && LuaTypes.LUA_TNUMBER == LuaAPI.lua_type(L, 3))
        {
            int _p1 = LuaAPI.xlua_tointeger(L, 2);
            int _p2 = LuaAPI.xlua_tointeger(L, 3);

            var gen_ret = new XLuaTest.MyStruct(_p1, _p2);
            // 无[GCOptimize]标签
            // translator.Push(L, gen_ret);
            // 有[GCOptimize]标签
            translator.PushXLuaTestMyStruct(L, gen_ret);

            return 1;
        }

        if (LuaAPI.lua_gettop(L) == 1)
        {
            // 无[GCOptimize]标签
            // translator.Push(L, default(XLuaTest.MyStruct));
            // 有[GCOptimize]标签
            translator.PushXLuaTestMyStruct(L, default(XLuaTest.MyStruct));
            return 1;
        }
    }
    catch (System.Exception gen_e)
    {
        return LuaAPI.luaL_error(L, "c# exception:" + gen_e);   // 捕获C#异常，转换成LUA异常
    }
    return LuaAPI.luaL_error(L, "invalid arguments to XLuaTest.MyStruct constructor!");  // 参数不匹配，报错
}

(1. 结构体构造的Lua绑定机制

通过[MonoPInvokeCallback]标记将C#方法注册为Lua可调用的函数
函数名__CreateInstance表明这是Lua中调用XLuaTest.MyStruct.new()时触发的构造函数

(2. 参数处理逻辑

带参数的构造：
当检测到3个参数（含隐含的元表参数）且后两个为number类型时：
- new XLuaTest.MyStruct(LuaAPI.xlua_tointeger(L, 2), LuaAPI.xlua_tointeger(L, 3))
默认构造：
当只有1个参数（仅元表）时创建默认结构体：
- default(XLuaTest.MyStruct)

(3. [GCOptimize]标签的核心作用

存在标签时：使用特化的值类型传递方法
- translator.PushXLuaTestMyStruct(L, gen_ret); // 避免装箱
无标签时：使用通用object传递
- translator.Push(L, gen_ret); // 会导致结构体装箱

这验证了[GCOptimize]的核心价值：消除值类型在Lua-C#交互时的装箱开销