为什么在lua中访问局部变量比访问全局变量快？

Question

所以我正在阅读 在 Lua 2nd Ed 中编程，我在这里看到了这一段：

在任何时候都使用局部变量是一种很好的编程风格 可能的。局部变量可帮助您避免混乱全局 具有不必要名称的环境。此外，访问本地 变量比全局变量快。

谁能解释这是为什么？这个“功能”是仅在 Lua 中，还是在其他语言中也有？ （例如 C、C++、Java）

Answer 1

运行时间的差异是由于哈希表查找和数组查找之间的差异。解释器可能能够将局部变量放在 CPU 寄存器中，但即使没有这种聪明，局部变量也可以更快地访问。

Lua 中的全局变量存储在表中。通常，任何人都可以修改这些表，因此解释器必须在每次访问时重新查找一个值。另一方面，局部变量只有在超出范围时才会消失。因此它们可以在数组中有固定的位置。

下面的基准程序在循环中调用一个虚拟函数。基准测试显示程序必须跳过的表越多，运行时间如何增加。

应该期望其他动态语言具有相似的特征；例如最后的 Python 基准测试。

一些相关链接：

• Optimising Using Local Variables (Lua)
• Local Variables（Python 性能提示）
• Optimizing Global Variable/Attribute Access.关于查找全局对象和本地对象的 Python 提案（已撤回）。

文件demo.lua：

local M = {}
_G.demo = M
function M.op(x) return x end
return M

文件main.lua：

local M = require "demo"

op = demo.op

local outer_op = demo.op

function iter_op(n)
    local inner_op = demo.op
    for i = 1, n do
        -- Example running times for n = 100,000,000 (Lua 5.2.0):

        -- Lookup a table (demo or _G), then lookup 'op'
        -- within that table:
        --
        -- demo.op(i)      --> 0:40
        -- _G.op(i)        --> 0:39

        -- Lookup 'op' within a known local table (M or the table of
        -- globals):
        --
        -- M.op(i)         --> 0:30
        -- op(i)           --> 0:30

        -- Dereference a local variable declared inside or outside
        -- of this iter_op() function:
        --
        -- inner_op(i)     --> 0:23
        -- outer_op(i)     --> 0:22
    end
end

iter_op(100000000)

文件main.py：

import demo # Contains 'def op(x): return x'.

global_op = demo.op

def iter_op(n):
    local_op = demo.op
    for i in xrange(n):
        # Example running times for n = 50,000,000 (Python 2.6.5):
        # demo.op(i)     # 0:50
        # global_op(i)   # 0:41
        local_op(i)      # 0:36

iter_op(50000000)

Answer 2

在任何语言中，局部变量都会更快。您需要了解 register 是什么以及线程 stack 是什么才能理解我的解释。大多数局部变量都是作为寄存器变量实现的，或者被推送到局部堆栈的顶部附近，因此它们的访问速度通常要快得多。全局变量存储在堆栈的更上方（如果它们不在堆上），因此计算它们的地址来访问它们会更慢。

我在这里对 Lua 的内部工作原理做了一些假设，但从计算机架构的角度来看这是有道理的。