lua 去除小数点有效数字后面的0_Lua设计与实现--字符串篇
本篇文章是Lua设计与实现专栏的第二篇，主要结合了《Lua设计与实现》书中的第三章(字符串)，以及lua5.3源码进行一些总结，由于原书中主要是基于lua5.1进行书写的，所以可能会有跟书中列举代码不一致的地方，不过大体上是保持一致的。
长串和短串
在讲String的数据结构和重要函数前，先强调一点，出于对性能和内存等方面的考虑，lua对String实现的方方面面，都把短字符串和长字符串区分开来处理了。比如短串会走一个先查询再创建的路子，而长串不查询，直接创建。我个人的理解大概是出于以下两个方面考虑：
- 复用度。短串复用度会比长串要高，或者说短串在全局的引用计数一般会比长串高。比如obj["id"] = 12, obj["type"] = 0，类似"id"、"type"这种短串可能会在程序很多处地方使用到，如果开辟多份就有点浪费了。而长串则很少会有重复的，比如我一篇文章的文本，一般不会在两个地方重复打出来。
- 哈希效率。由于长串的字符串比较多，如果要把组成它的字符序列进行哈希，耗时会比短串长。
以下是lua对于短串长度最大值的定义：
从定义可以看出，长度大于40的，在lua中处理为长串，反之则为短串。
String的基本数据结构
TString Struct
lua中string的实现为TString结构体：
从代码中可以看出，它主要包含了以下字段：
- CommonHeader。GC对象通用的CommonHeader，如果不熟悉可以参考专栏的数据类型篇。
- extra。对于短串，主要用于实现保留字符串；对于长串，作为一个标识，来表示该串有没有进行过hash，这点可以结合hash字段来理解。
- shrlen。短串的长度，对于长串没有意义。
- hash。该字符串的hash值，如果是短串，该hash值是在创建时就计算出来的，这是因为短串会加入到全局的stringtable这个hashmap结构中；而对于长串来说，这个hash字段是按需的，只有真正需要它的hash值时，手动调用luaS_hashlongstr函数，才会生成该值，lua内部现在只有在把长串作为table的key时，才会去计算它。当extra字段为0时，表示该长串的hash还没计算过，否则表示已经计算过了。
- union{lnglen, hnext}。当是短串时，由于会被加入到全局stringtable的链表中，所以在该结构中保存了指向下一个TString的指针；当是长串时，表示该长串的长度。注意长串和短串没有共用一个字段来表示它们的长度，主要是长串的长度可以很长，而短串最长就为40，一个byte就够用了，这边也体现了lua实现是很抠细节的，反倒是把这两个不相关的字段打包到一个union里来节约内存了。
UTString Union
为了实现TString结构的内存对齐，lua又在其上wrap了一层UTString结构：
看lua的注释，指的是保证该结构后面的内存是满对齐的，由于lua在创建字符串时，会把实际的char数组紧挨着该UTString结构来存储，所以我这边的理解是lua是为了加速对该结构后面char数组的访问。关于C的内存对齐，我不是很熟悉，参考了一篇网上的帖子，如有不正确的地方欢迎指出~
stringtable
最后一个相关的结构，是lua对短串实现的一个全局的hashmap，叫做stringtable，结构如下：
可以发现结构很简单，只有三个字段：
- hash。基于TString的hashmap，也叫做散列桶。基本结构是一个数组，每个数组里存的是相同hash值的TString的链表。
- nuse。当前实际的元素数。
- size。当前的桶大小。
stringtable主要会有一个resize操作，在下文的luaS_resize函数中会具体解释。
string实现中的重要函数
luaS_newlstr函数
创建给定长度的string接口，由于lua内部对短串和长串的处理采用了两套方案，所以该函数会根据string的实际长度来决定调用短串处理函数(internshrstr)还是长串处理函数(luaS_createlngstrobj)。
internshrstr函数
辅助函数，短string的getOrCreate函数。主要分为以下几个步骤：
- hash查找。会先调用luaS_hash来得到字符串的hash值，然后去全局stringtable里查找，如果有就直接返回该TString对象。hash的具体实现可以参照luaS_hash函数，为了对长度较长的字符串不逐位hash，内部也是根据长度的2次幂计算出了一个步长step，来加速hash的过程。
- hashtable按需resize。如果第一步查找失败了，并且stringtable的元素数量已经大于桶数，那么以两倍的尺寸对stringtable进行resize。具体调用的是luaS_resize函数。
- 实际的TString创建工作。主要是调用createstrobj函数来实现。其中包括了内存的分配，CommonHeader的填充，TString特化字段的填充等。
- 更新stringtable信息。比如更新stringtable的链表，以及对stringtable的元素数量加1。
luaS_reisze函数
实际改变stringtable桶数量的函数。它目前只会被两个地方调用到：
- 短string创建时(internshrstr函数)，如果发现桶数量小于了元素数量，说明散列比较拥挤了，会对桶进行两倍的扩容。
- 在gc时，如果发现桶数量大于了4倍的元素数量，说明散列太稀疏了，会对桶数量进行减半操作。
我们跟到该函数内部实现来看，可以发现它其实分为两种情况：
- newsize>oldsize。这个时候的顺序是，先进行扩容，然后进行rehash。扩容跟到里面去调用的就是realloc函数。而rehash的代码也很简洁，就是简单的遍历每个桶，把每个桶里的元素再哈希到正确的桶里去，代码如下：
- newsize < oldsize。顺序是倒过来的，需要先根据newsize进行rehash，然后在保证所有元素已经收缩到newsize个数的桶里以后，才能进行shrink操作，这里也是调用的realloc函数来实现。
luaS_createlngstrobj函数
辅助函数，长串的create函数。因为长串在lua里是不走stringtable这一层的，也就是说它是每请求一个就是一个新的副本，内存是允许重复的。因此它的实现就是直接调用createstrobj函数来创建一个新的TString对象。
createstrobj函数
真正创建string对象的内部函数。它主要分为几个步骤：
- 计算该string需要占用的内存大小size。lua实际把string的char数组紧贴UTString结构来存储，所以一个string实例实际占用内存大小其实是UTString结构占用，再加上(charlength+1)个char大小：
在取TString关联的char数组时，lua定义了getstr宏来完成：
- 调用luaC_newobj来创建一个GC对象，该函数也是lua中相当重要的函数了。它负责了所有GCObject子类的创建，它会根据实际传入的内存大小来开辟空间，并帮忙填充掉CommonHeader的数据。最后，它还会把该obj挂接到global_State中的allgc列表中，以供GC模块使用。
- 填充对象的TString特化字段。并且给char数组末尾添'0'。
以上三个步骤结合代码的情况如下：
总结
在理完了string牵涉的主要数据结构和函数以后。从整个宏观的情况来理解lua的string：
- 首先，它是一个GCObject的子类，也就意味着它是被垃圾回收模块所管理的。
- 其次，它的长度决定了它的内部实现机制：短串意味着hashtable管理和内存去重；长串意味着内存副本。
- 最后，全局的hashtable大小，取决于string的创建和gc的sizecheck检查。