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Lua和C交互的简易教程

Lua栈

要理解Lua和C++交互，首先要理解Lua堆栈。简单来说，Lua和C/C++语言通信的主要方法是一个无处不在的虚拟栈。栈的特点是先进后出.

在Lua中，Lua堆栈就是一个struct，堆栈索引的方式可是是正数也可以是负数，区别是：正数索引1永远表示栈底，负数索引-1永远表示栈顶,如图：

Lua和C交互的简易教程-LMLPHP

入栈的数据类型包括数值, 字符串, 指针, talbe, 闭包等, 下面是一个栈的例子:

Lua和C交互的简易教程-LMLPHP

执行下面的代码就可以让你的lua栈上呈现图中的情况:

// 创建并压入一个闭包

lua_pushcclosure(L, func, 0);

// 新建并压入一个表

lua_createtable(L, 0, 0);

// 压入一个数字

lua_pushnumber(L, 100);

// 压入一个字符串

lua_pushstring(L, "hello，lua");

这里要说明的是, 你压入的类型有数值, 字符串, 表和闭包[在c中看来是不同类型的值], 但是最后都是统一用TValue这种数据结构来保存的,下面用图简单的说明一下这种数据结构:

Lua和C交互的简易教程-LMLPHP

TValue结构对应于lua中的所有数据类型, 是一个{值, 类型} 结构,这就lua中动态类型的实现, 它把值和类型绑在一起, 用tt记录value的类型, value是一个联合结构, 由Value定义, 可以看到这个联合有四个域, 先说明简单的

  • p – 可以存一个指针, 实际上是lua中的light userdata结构
  • n – 所有的数值存在这里, 不过是int , 还是float
  • b – Boolean值存在这里, 注意, lua_pushinteger不是存在这里, 而是存在n中, b只存布尔
  • gc – 其他诸如table, thread, closure,string需要内存管理垃圾回收的类型都存在这里,gc是一个指针, 它可以指向的类型由联合体GCObject定义, 从图中可以看出, 有string, userdata, closure, table, proto, upvalue, thread

可以的得出如下结论:

  1. lua中, number, boolean, nil, light userdata四种类型的值是直接存在栈上元素里的, 和垃圾回收无关.
  2. lua中, string, table, closure, userdata, thread存在栈上元素里的只是指针, 他们都会在生命周期结束后被垃圾回收.

堆栈的操作

因为Lua与C/C++是通过栈来通信，我们先来看一个最简单的例子:

#include <stdio.h>

#include "../lua/lauxlib.h"

int main(int argc, const char *argv[]) {

    //1.创建一个state

    lua_State *L = luaL_newstate();

    //2.入栈操作

    lua_pushstring(L, "I am so cool~");

    lua_pushnumber(L, 20);

    //3.取值操作

    if (lua_isstring(L, 1)) { //这里的index也可以是-2

        printf("[line:%d] lua_tostring(L, 1):%s\n", __LINE__, lua_tostring(L, 1));

    }

    if (lua_isnumber(L, 2)) { //这里的index也可以是-1

        printf("[line:%d] lua_tonumber(L, 2):%f\n", __LINE__, lua_tonumber(L, 2));

    }

    //4.关闭state

    lua_close(L);

    return 0;

}

其他一些栈操作：

//返回栈顶索引（即栈长度）

int lua_gettop (lua_State *L);

//将栈顶设置为一个指定的位置，即修改栈中元素的数量。如果值比原栈顶高，则高的部分nil补足，如果值比原栈低，则原栈高出的部分舍弃。所以可以用lua_settop(0)来清空栈

void lua_settop (lua_State *L, int idx);

//新增一个元素到栈顶，值与index位置的值相同

void lua_pushvalue(lua_State *L, int idx);

//移除idx索引上的值，高于index的元素的索引将全部-1

void lua_remove(lua_State *L, int idx);

//把栈顶元素挪到index位置，原index位置的元素往栈顶移动

void lua_insert(lua_State *L, int idx);

//把栈顶元素挪到index位置，并删除原index位置的元素

void lua_replace (lua_State *L, int idx);

C调用Lua

现在有这样一个hello.lua 文件：

str = "Hello, Lua !"

table = {name = "hans", id = 123456}

function add(x, y)

    return x + y

end

我们写一个main.c来读取它：

#include <stdio.h>

#include "../lua/lauxlib.h"

lua_State *load_lua(char *filename) {

    lua_State *L = luaL_newstate();

    luaL_openlibs(L);

    //加载脚本并运行

    if (luaL_loadfile(L, filename) || lua_pcall(L, 0, 0, 0)) {

        printf("load Lua script failed: %s\n", lua_tostring(L, -1));

        return NULL;

    }

    return L;

}

int main(int argc, const char *argv[]) {

    char* lua_filename = "E:\\work\\luaJni\\resource\\test.lua";

    lua_State *L = load_lua(lua_filename);

    if (NULL == L) {

        return -1;

    }

    //读取变量

    lua_getglobal(L, "str");

    printf("[line:%d] luaV_tostring(L, -1):%s\n", __LINE__, lua_tostring(L, -1));

    //读取table

    lua_getglobal(L, "table");

    lua_getfield(L, -1, "name");

    printf("[line:%d] lua_tostring(L,-1);:%s\n", __LINE__, lua_tostring(L, -1));

    //调用函数

    lua_getglobal(L, "add"); //读取函数到栈顶

    lua_pushnumber(L, 10); //压入参数

    lua_pushnumber(L, 20);

    if (lua_pcall(L, 2, 1, 0) != 0) {

        printf("lua_pcall failed: %s\n", lua_tostring(L, -1));

        return -1;

    }

    int result = lua_tonumber(L, -1);

    printf("[line:%d] result:%d\n", __LINE__, result);

    //至此，栈中的情况是：

    //=================== 栈顶 ===================

    //  索引  类型      值

    //   4   int：      30

    //   3   string：   hans

    //   2   table:     table

    //   1   string:    Hello, Lua !

    //=================== 栈底 ===================

    lua_close(L);

    return 0;

}

知道怎么读取后，我们来看下如何修改上面代码中table的值：

//将需要设置的值设置到栈中

lua_pushstring(L, "Hello，hahaha");

//将这个值设置到table中（此时table在栈的位置为2）

lua_setfield(L, 2, "name");

我们还可以新建一个table：

//创建一个新的table，并压入栈

lua_newtable(L);

//往table中设置值

lua_pushstring(L, "hello, new table !"); //将值压入栈

lua_setfield(L, -2, "str"); //将值设置到table中，并将hello, new table !出栈

需要注意的是：栈操作是基于栈顶的，就是说它只会去操作栈顶的值。

举个比较简单的例子，函数调用流程是先将函数入栈，参数入栈，然后用lua_pcall调用函数，此时栈顶为参数，栈底为函数，所以栈过程大致会是：参数出栈->保存参数->函数出栈->调用函数->返回结果入栈

类似的还有lua_setfield，设置一个表的值，肯定要先将值出栈，保存，再去找表的位置

Lua调用C

我们可以加入我们自己的函数。函数要遵循规范（可在lua.h中查看）如下：

//所有的函数必须接收一个lua_State作为参数，同时返回一个整数值。因为这个函数使用Lua栈作为参数，所以它可以从栈里面读取任意数量和任意类型的参数。而这个函数的返回值则表示函数返回时有多少返回值被压入Lua栈

typedef int (*lua_CFunction) (lua_State *L);
--lua_call_c.lua

a, b = getTwoVar('hello, this string is from lua world', 123)

print(a, b)
/**

 * 定义在lua中可调用的函数，要遵循规范：返回值必须为int，需传入lua_State

 */

int getTwoVar(lua_State *L) {

    dumpStack(L);

    //    =================== 栈顶 ===================

    //    index     type         value

    //    2         number       123.000000

    //    1         string       hello, this string is from lua world

    //    =================== 栈底 ===================

    lua_pushnumber(L, 10);

    lua_pushstring(L, "hello");

    return 2;

}

void lua_call_c() {

    char* lua_filename = "E:\\work\\luaJni\\resource\\lua_call_c.lua";

    lua_State *L = load_lua(lua_filename, FALSE);

    if (NULL == L) {

        return;

    }

    lua_register(L, "getTwoVar", getTwoVar);

    lua_pcall(L, 0, 0, 0);

}

还可以使用dll动态链接的方式，把c实现的代码打包成dll

h文件如下：

#pragma once

extern "C" {

#include "lua.h"

#include "lualib.h"

#include "lauxlib.h"

}

#ifdef LUA_EXPORTS

#define LUA_API __declspec(dllexport)

#else

#define LUA_API __declspec(dllimport)

#endif

extern "C" LUA_API int luaopen_mLualib(lua_State *L);//定义导出函数

C文件如下：

#include <stdio.h>

#include "mLualib.h"

static int averageFunc(lua_State *L)

{

    int n = lua_gettop(L);

    double sum = 0;

    int i;

    /* 循环求参数之和 */

    for (i = 1; i <= n; i++)

        sum += lua_tonumber(L, i);

    lua_pushnumber(L, sum / n);     //压入平均值

    lua_pushnumber(L, sum);         //压入和

    return 2;                       //返回两个结果

}

static int sayHelloFunc(lua_State* L)

{

    printf("hello world!");

    return 0;

}

static const struct luaL_Reg myLib[] =

{

    {"average", averageFunc},

    {"sayHello", sayHelloFunc},

    {NULL, NULL}       //数组中最后一对必须是{NULL, NULL}，用来表示结束

};

int luaopen_mLualib(lua_State *L)

{

    luaL_register(L, "ss", myLib);

    return 1;       // 把myLib表压入了栈中，所以就需要返回1

}

在lua中我们这样子来调用（调用之前记得把dll文件复制到lua文件目录下）：

require "mylib"

local ave,sum = ss.average(1,2,3,4,5)//参数对应堆栈中的数据

print(ave,sum)  -- 3 15

ss.sayHello()   -- hello world!

至此都发生了什么呢？梳理一下：

  1. 我们编写了averageFunc求平均值和sayHelloFunc函数
  2. 然后把函数封装myLib数组里面，类型必须是luaL_Reg
  3. 由luaopen_mLualib函数导出并在lua中注册这两个函数

实际上当我们在Lua中：

require "mLualib"

这样子写的时候，Lua会这么干：

local path = "mLualib.dll"

local f = package.loadlib(path,"luaopen_mLualib")   -- 返回luaopen_mLualib函数

f()

所以当我们在编写一个这样的模块的时候，编写luaopen_xxx导出函数的时候，xxx最好是和项目名一样

总结

  • Lua和C++是通过一个虚拟栈来交互的。
  • C调用Lua实际上是：由C先把数据放入栈中，由Lua去栈中取数据，然后返回数据对应的值到栈顶，再由栈顶返回C
  • Lua调C也一样：先编写自己的C模块，然后注册函数到Lua解释器中，然后由Lua去调用这个模块的函数

本文不涉及lua语法学习，如果有需要，请移步：http://book.luaer.cn/

05-11 17:13
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