淺析C\C++和Lua的通信方式

為了實現(xiàn)Lua和其他語言之間的通信，Lua虛擬機為C\C++提供了兩個特性：

一，Lua_State狀態(tài)機

       lua_State主要是管理一個lua虛擬機的執(zhí)行環(huán)境, 一個lua虛擬機可以有多個執(zhí)行環(huán)境。Lua虛擬機通過維護這樣一個虛擬棧來實現(xiàn)兩種之間的通信，lua_State定義如下：

struct lua_State {
 CommonHeader;
 lu_byte status;
 StkId top; /* first free slot in the stack */
 global_State *l_G;
 CallInfo *ci; /* call info for current function */
 const Instruction *oldpc; /* last pc traced */
 StkId stack_last; /* last free slot in the stack */
 StkId stack; /* stack base */
 int stacksize;
 unsigned short nny; /* number of non-yieldable calls in stack */
 unsigned short nCcalls; /* number of nested C calls */
 lu_byte hookmask;
 lu_byte allowhook;
 int basehookcount;
 int hookcount;
 lua_Hook hook;
 GCObject *openupval; /* list of open upvalues in this stack */
 GCObject *gclist;
 struct lua_longjmp *errorJmp; /* current error recover point */
 ptrdiff_t errfunc; /* current error handling function (stack index) */
 CallInfo base_ci; /* CallInfo for first level (C calling Lua) */
};

        1，虛擬棧的管理, 包括管理整個棧和當前函數(shù)使用的棧的情況

        2，CallInfo的管理, 包括管理整個CallInfo數(shù)組和當前函數(shù)的CallInfo

        3，hook相關(guān)的, 包括hookmask, hookcount, hook函數(shù)等

        4，global_State是全局唯一的，存放多個lua_State之間的一些共享數(shù)據(jù)

        5，gc的一些管理和當前棧中upvalue的管理

        6，錯誤處理的支持等等

        C\C++和Lua擁有不同的數(shù)據(jù)類型，要實現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)通信怎么辦？Lua虛擬機提供Lua_State這樣一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。任何一種數(shù)據(jù)從C\C++傳入Lua虛擬機中，Lua都會將這類數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一種通用的結(jié)構(gòu)lua_TValue，并且將數(shù)據(jù)復(fù)制一份，將其壓入虛擬棧中。lua_TValue定義如下：

struct lua_TValue {
 TValuefields;
};
 
#define TValuefields \

  union { struct { Value v__; int tt__; } i; double d__; } u
 
union Value {
 GCObject *gc;  /* collectable objects */
 void *p;     /* light userdata */
 int b;      /* booleans */
 lua_CFunction f; /* light C functions */
 numfield     /* numbers */
};

       Lua有自己的GC，C\C++由自己申請和釋放內(nèi)存，所以兩者之間的內(nèi)存管理是獨立的。從C\C++中傳遞數(shù)據(jù)到Lua虛擬機會發(fā)生數(shù)據(jù)拷貝，從Lua虛擬機中傳遞出來是直接從虛擬棧中取值或者地址，所以數(shù)據(jù)從虛擬棧中pop之后，是否依然是有效引用需要額外注意。

 二，C API

Lua腳本實現(xiàn)交互提供了一系列的C API，常用API有：

        luaL_newstate函數(shù)用于初始化一個lua_State實例

        luaL_openlibs函數(shù)用于打開Lua中的所有標準庫，如io庫、string庫等。

        luaL_loadbuffer編譯了buff中的Lua代碼，如果沒有錯誤，則返回0，同時將編譯后的程序塊壓入虛擬棧中。

        lua_pcall函數(shù)會將程序塊從棧中彈出，并在保護模式下運行該程序塊。執(zhí)行成功返回0，否則將錯誤信息壓入棧中。

        lua_tostring函數(shù)中的-1，表示棧頂?shù)乃饕?，棧底的索引值?，以此類推。該函數(shù)將返回棧頂?shù)腻e誤信息，但是不會將其從棧中彈出。

        lua_pop是一個宏，用于從虛擬棧中彈出指定數(shù)量的元素，這里的1表示僅彈出棧頂?shù)脑亍?/p>

        lua_close用于釋放狀態(tài)指針所引用的資源。

入棧操作：

        Lua針對每種C類型，都有一個C API函數(shù)與之對應(yīng)，如：

        void lua_pushnil(lua_State* L);  --nil值

        void lua_pushboolean(lua_State* L, int b); --布爾值

        void lua_pushnumber(lua_State* L, lua_Number n); --浮點數(shù)

        void lua_pushinteger(lua_State* L, lua_Integer n);  --整型

        void lua_pushlstring(lua_State* L, const char* s, size_t len); --指定長度的內(nèi)存數(shù)據(jù)

        void lua_pushstring(lua_State* L, const char* s);  --以零結(jié)尾的字符串，其長度可由strlen得出。

出棧操作：

        API使用“索引”來引用棧中的元素，第一個壓入棧的為1，第二個為2，依此類推。我們也可以使用負數(shù)作為索引值，其中-1表示為棧頂元素，-2為棧頂下面的元素，同樣依此類推。

        Lua提供了一組特定的函數(shù)用于檢查返回元素的類型，如：

        int lua_isboolean (lua_State *L, int index);

        int lua_iscfunction (lua_State *L, int index);

        int lua_isfunction (lua_State *L, int index);

        int lua_isnil (lua_State *L, int index);

        int lua_islightuserdata (lua_State *L, int index);

        int lua_isnumber (lua_State *L, int index);

        int lua_isstring (lua_State *L, int index);

        int lua_istable (lua_State *L, int index);

        int lua_isuserdata (lua_State *L, int index);

        以上函數(shù)，成功返回1，否則返回0。需要特別指出的是，對于lua_isnumber而言，不會檢查值是否為數(shù)字類型，而是檢查值是否能轉(zhuǎn)換為數(shù)字類型。

如有任何疑問和建議，歡迎指出討論，謝謝~