浅析Lua调试器的实现

摘要

本文简单介绍了如何实现一个Lua调试器，实现Lua调试器的目的仅仅是寄希望借此熟悉Lua源代码。所编写的Lua调试器功能越强，表明你对Lua源码越了解。

正文

先前用lua写过一些应用，感觉Lua是一个很小巧的语言，Lua源代码无疑是研究语言相关的首选。“Lua虽小，五脏俱全”！为了研究Lua源代码，就打算着手写一个简单的Lua调试器，发现其中还是有些收获的，特记录如下。

作为一个调试器，应该支持一些最简单而又常用的功能，比如：单步跟踪、输出调试信息、设置断点等。要探索如何实现Lua调试器，还是带着这些问题去找答案吧。本文使用的开发环境为：win7，lua 5.1.4源代码。

1.Lua虚拟机是如何暂停的？

Lua虚拟机和普通的CPU一样，包含两部分：数据存储区和逻辑控制区。数据存储区对应着CPU的寄存器、状态等，在Lua中实际上就是lua_State。逻辑控制区对应着CPU的每条指令的具体实现。Lua虚拟机逻辑控制区的相关的源代码位于lvm.c中。其中，执行Lua指令的函数为luaV_execute。

为了方便调试，函数luaV_execute在执行每条Lua指令之前，会去查找是否存在调试钩子（hook）：存在的话，去执行钩子。然后，判断Lua虚拟机的状态是否为暂停，若是的话就返回，而不执行当前Lua指令。若不存在调试钩子，则正常执行Lua指令。

 
if ((L->hookmask & (LUA_MASKLINE | LUA_MASKCOUNT)) && 
    (--L->hookcount == 0 || L->hookmask & LUA_MASKLINE)) { 
  traceexec(L,pc); // 内部会执行相应的钩子函数 
  if (L->status == LUA_YIELD) {  // 钩子函数是否将状态转为暂停？ 
    L->savedpc = pc - 1; 
    return; // 此处离开函数luaV_execute，导致虚拟机暂停执行 
  } 
  base = L->base; 
} 
 

由此想到一个办法可以让Lua虚拟机暂停：
首先，设置钩子函数，可以使用函数lua_sethook来实现。通常Lua调试器要支持单步跟踪，可以使用LUA_MASKLINE类型的钩子。但是要注意的是，这个钩子函数会在执行一条Lua指令之前触发。
然后，钩子函数中修改Lua虚拟机的状态。可以使用Lua的C函数API lua_yield。该函数只是简单的Lua虚拟机的状态设置为LUA_YIELD，这样可以保证在执行指令之前退出。

2.Lua虚拟机是如何继续执行的？

了解了Lua虚拟机是如何暂停之后，就很容易看到，可以采用如下步骤：首先，将Lua虚拟机的状态设置为0（正常状态），然后执行函数luaV_execute即可。这两步操作可以采用Lua的C函数lua_resume即可。

3.Lua调试器的其它功能该如何实现？

其它的一些功能，比如：获取Lua虚拟机中的一些信息，这些还是比较容易实现的。因为，一旦Lua虚拟机暂停后，可以通过查找lua_State中的信息来查询，具体怎么查询，那就取决于你对lua源代码的熟悉程度了。反正都在lua_State里面，可以直接获取的。

4.Lua调试器究竟该怎么实现？

考虑到，调试器可能是命令行版本的，也可能是包含界面的调试器。可以考虑将调试器作为一个库来实现，然后这个库提供了一些接口，方便和前台衔接。一下就是我封装的一些接口，仅供参考：

1: ECode luad_init(const char * filename);

   2: ECode luad_command_step(int * pErr);

   3: ECode luad_command_go(int * pErr);

   4: ECode luad_command_bk(int line);

   5: ECode luad_command_bkinfo(int ** ppBklines,int * pNum);

   6: int luad_currentline();

   7: Boolean luad_is_script_ended();

这个库加上前段的命令输入控制，就很容易做出一个命令行版的Lua调试器了。同理，做界面版的也很容易。下面是我写的Lua调试器命令行版运行截图。

浅析Lua调试器的实现

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