Lua 是否优化了“..”运算符？答案

【问题标题】：Does Lua optimize the ".." operator?Lua 是否优化了“..”运算符？
【发布时间】：2013-10-08 22:59:35
【问题描述】：

我必须执行以下代码：

local filename = dir .. "/" .. base

循环数千次（这是一个打印目录树的递归）。

现在，我想知道 Lua 是否一次性连接了 3 个字符串（dir、“/”、base）（即，通过分配一个足够长的字符串来保存它们的总长度），或者它是否这样做是低效的内部分两步：

local filename = (dir .. "/")              -- step1
                               .. base     -- step2

最后一种方式在内存方面效率低下，因为分配了两个字符串而不是一个。

我不太关心 CPU 周期：我主要关心内存消耗。

最后，让我概括一下这个问题：

Lua 在执行下面的代码时是只分配一个字符串，还是 4 个？

local result = str1 .. str2 .. str3 .. str4 .. str5

顺便说一句，我知道我可以做到：

local filename = string.format("%s/%s", dir, base)

但我尚未对其进行基准测试（内存和 CPU 方面）。

（顺便说一句，我知道 table:concat()。这会增加创建表的开销，所以我想它不会在所有用例中都有用。）

一个额外的问题：

如果 Lua 没有优化 ".." 运算符，定义一个用于连接字符串的 C 函数是否是个好主意，例如utils.concat(dir, "/", base, ".", extension)?

【问题讨论】：

如果内存是您唯一关心的问题，请不要担心。这只是一个暂时的峰值，在第二次连接完成后，临时字符串将被快速收集。
table.concat{dir, "/", base, ".", extension}
@Eric 你确定我们可以在字符串上使用 table.concat 吗？
@SianLerkLau：仔细看——那些是大括号。 Lua 允许您跳过某些函数调用的括号

标签： c string performance lua

【解决方案1】：

尽管 Lua 对 .. 的使用进行了简单的优化，但您仍应小心在紧密循环中使用它，尤其是在连接非常大的字符串时，因为这会产生大量垃圾，从而影响性能。

连接多个字符串的最佳方法是使用table.concat。

table.concat 允许您将表用作所有要连接的字符串的临时缓冲区，并且仅在您完成将字符串添加到缓冲区后才执行连接，如下面的愚蠢示例：

local buf = {}
for i = 1, 10000 do
    buf[#buf+1] = get_a_string_from_somewhere()
end
local final_string = table.concat( buf )

对..的简单优化可以看分析以下脚本的反汇编字节码：

-- file "lua_06.lua"

local a = "hello"
local b = "cruel"
local c = "world"

local z = a .. " " .. b .. " " .. c

print(z)

luac -l -p lua_06.lua 的输出如下（对于 Lua 5.2.2）：

主要（003E40A0 处的 13 条指令） 0+ 参数，8 个插槽，1 个上值，4 个局部变量，5 个常量，0 个函数 1 [3] 加载K 0 -1 ; “你好” 2 [4] 加载K 1 -2 ; “残忍的” 3 [5] 加载K 2 -3 ; “世界” 4 [7] 移动 3 0 5 [7] 加载K 4 -4 ; " " 6 [7] 移动 5 1 7 [7] 加载K 6 -4 ; " " 8 [7] 移动 7 2 9 [7] 连接 3 3 7 10 [9] 获取 4 0 -5 ; _ENV“打印” 11 [9] 移动 5 3 12 [9] 呼叫 4 2 1 13 [9] 返回 0 1

您可以看到只生成了一个CONCAT 操作码，尽管脚本中使用了许多.. 运算符。

要完全理解何时使用table.concat，您必须知道 Lua 字符串是不可变的。这意味着每当您尝试连接两个字符串时，您确实是在创建一个新字符串（除非结果字符串已经被解释器拦截，但这通常不太可能）。例如，考虑以下片段：

local s = s .. "hello"

并假设s 已经包含一个巨大的字符串（比如10MB）。执行该语句会创建一个新字符串（10MB + 5 个字符）并丢弃旧字符串。所以你刚刚为垃圾收集器创建了一个 10MB 的死对象来处理。如果你反复这样做，你最终会占用垃圾收集器。这是.. 的真正问题，这是典型的用例，需要收集表中最终字符串的所有部分并在其上使用table.concat：这不会避免产生垃圾（调用table.concat 后所有的碎片都会变成垃圾），但是你会大大减少不必要的垃圾。

结论

在连接几个（可能很短）字符串时使用..，或者您没有处于紧密循环中。在这种情况下，table.concat 可能会给您更差的性能，因为：
- 您必须创建一个表（通常您会丢弃）；
- 您必须调用函数table.concat（函数调用开销对性能的影响比使用内置的.. 操作符多次）。
使用table.concat，如果您需要连接多个字符串，尤其是满足以下一个或多个条件时：
- 您必须在后续步骤中执行此操作（.. 优化仅在同一表达式内起作用）；
- 你陷入了困境；
- 字符串很大（例如，几 kB 或更多）。

请注意，这些只是经验法则。在性能非常重要的地方，您应该分析您的代码。

无论如何，Lua 在处理字符串时与其他脚本语言相比是相当快的，所以通常你不需要太在意。

【讨论】：

分析字节码的好答案，我只考虑了 C 源代码。
@YuHao：我正要问你是否曾经生成过多参数 concat 操作码来使用该函数，但这很好地回答了这个问题
@YuHao 谢谢！我也尝试浏览源代码，但你在这方面打败了我 ;-)
@Lorenzo Donati：非常感谢您的出色回答。操作码输出显示“..”运算符在我的情况下是理想的。

【解决方案2】：

在您的示例中，.. 运算符是否进行优化对于性能而言几乎不是问题，您不必担心内存或 CPU。还有table.concat 用于连接许多字符串。（见Programming in Lua）table.concat的使用。

回到你的问题，在这段代码中

local result = str1 .. str2 .. str3 .. str4 .. str5

Lua 只分配一个新字符串，从 Lua 的相关源代码luaV_concat 中查看这个循环：

do {  /* concat all strings */
    size_t l = tsvalue(top-i)->len;
    memcpy(buffer+tl, svalue(top-i), l * sizeof(char));
    tl += l;
} while (--i > 0);
setsvalue2s(L, top-n, luaS_newlstr(L, buffer, tl));
total -= n-1;  /* got 'n' strings to create 1 new */
L->top -= n-1;  /* popped 'n' strings and pushed one */

可以看到 Lua 在这个循环中连接了n 字符串，但最后只推回了一个字符串，也就是结果字符串。

【讨论】：