Lua性能優(yōu)化技巧（二）：基本事實(shí)

更新時(shí)間：2015年04月21日 08:53:58 投稿：junjie

這篇文章主要介紹了Lua性能優(yōu)化技巧（二）：基本事實(shí),本文講解了一些編譯器和寄存器的一些知識,需要的朋友可以參考下

在運(yùn)行任何代碼之前，Lua都會把源代碼翻譯（預(yù)編譯）成一種內(nèi)部的格式。這種格式是一個(gè)虛擬機(jī)指令序列，與真實(shí)的CPU所執(zhí)行的機(jī)器碼類似。之后，這個(gè)內(nèi)部格式將會被由一個(gè)包含巨大的switch結(jié)構(gòu)的while循環(huán)組成的C代碼解釋執(zhí)行，switch中的每個(gè)case對應(yīng)一條指令。

可能你已經(jīng)在別處了解到，從5.0版開始，Lua使用一種基于寄存器的虛擬機(jī)。這里所說的虛擬機(jī)“寄存器”與真正的CPU寄存器并不相同，因?yàn)楹笳唠y于移植，而且數(shù)量非常有限。Lua使用一個(gè)棧（通過一個(gè)數(shù)組和若干索引來實(shí)現(xiàn)）來提供寄存器。每個(gè)活動的函數(shù)都有一個(gè)激活記錄，也就是棧上的一個(gè)可供該函數(shù)存儲寄存器的片段。因此，每個(gè)函數(shù)都有自己的寄存器[1]。一個(gè)函數(shù)可以使用最多250個(gè)寄存器，因?yàn)槊總€(gè)指令只有8位用于引用一個(gè)寄存器。

由于寄存器數(shù)目眾多，因此Lua預(yù)編譯器可以把所有的局部變量都保存在寄存器里。這樣帶來的好處是，訪問局部變量會非常快。例如，如果a和b是局部變量，語句

復(fù)制代碼代碼如下:

a = a + b

將只會生成一個(gè)指令：

復(fù)制代碼代碼如下:

ADD 0 0 1

（假設(shè)a和b在寄存器里分別對應(yīng)0和1）。作為對比，如果a和b都是全局變量，那么這段代碼將會變成：

復(fù)制代碼代碼如下:

GETGLOBAL 0 0 ; a

GETGLOBAL 1 1 ; b

ADD 0 0 1

SETGLOBAL 0 0 ; a

因此，可以很簡單地得出在Lua編程時(shí)最重要的性能優(yōu)化方式：使用局部變量！

如果你想壓榨程序的性能，有很多地方都可以使用這個(gè)方法。例如，如果你要在一個(gè)很長的循環(huán)里調(diào)用一個(gè)函數(shù)，可以預(yù)先將這個(gè)函數(shù)賦值給一個(gè)局部變量。比如說如下代碼：

復(fù)制代碼代碼如下:

for i = 1, 1000000 do

    local x = math.sin(i)

end

比下面這段要慢30%：

復(fù)制代碼代碼如下:

local sin = math.sin

for i = 1, 1000000 do

    local x = sin(i)

end

訪問外部局部變量（或者說，函數(shù)的上值）沒有直接訪問局部變量那么快，但依然比訪問全局變量要快一些。例如下面的代碼片段：

復(fù)制代碼代碼如下:

function foo (x)
    for i = 1, 1000000 do
        x = x + math.sin(i)
    end
    return x
end

print(foo(10))

可以優(yōu)化為在foo外聲明一次sin：

復(fù)制代碼代碼如下:

local sin = math.sin
function foo (x)
    for i = 1, 1000000 do
        x = x + sin(i)
    end
    return x
end

print(foo(10))

第二段代碼比前者要快30%。

盡管比起其他語言的編譯器來說，Lua的編譯器非常高效，但是編譯依然是重體力活。因此，應(yīng)該盡可能避免運(yùn)行時(shí)的編譯（例如使用loadstring函數(shù)），除非你真的需要有如此動態(tài)要求的代碼，例如由用戶輸入的代碼。只有很少的情況下才需要?jiǎng)討B(tài)編譯代碼。

例如，下面的代碼創(chuàng)建一個(gè)包含返回常數(shù)值1到100000的若干個(gè)函數(shù)的表：

復(fù)制代碼代碼如下:

local lim = 10000
local a = {}
for i = 1, lim do
a[i] = loadstring(string.format("return %d", i))
end

print(a[10]()) --> 10

執(zhí)行這段代碼需要1.4秒。

通過使用閉包，我們可以避免使用動態(tài)編譯。下面的代碼只需要十分之一的時(shí)間完成相同的工作：

復(fù)制代碼代碼如下:

function fk (k)
return function () return k end
end

local lim = 100000
local a = {}
for i = 1, lim do a[i] = fk(i) end

print(a[10]()) --> 10

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