lua 和 c

lua程序其实本身并不能执行，它必须依靠c语言编写的解释器来解释执行，或者说解释器为lua脚本的执行，提供了一个运行环境（lua_state），其中包括函数堆栈，内存分配和回收等机制。

理论上，lua可以使用c提供的功能，如果需要在lua中使用我们特需的功能，我们可以通过编写自己的c库来进行扩展，当然，c也可以通过操作栈的方式来操作lua，这就是lua的强大之处。

在c中通过lua_state中的栈来操作lua

首先需要先引入头文件：

extern "C" {

#include "lua/lua.h"

#include "lua/lauxlib.h"

#include "lua/lualib.h"

}

 

创建一个运行lua脚本的环境：

lua_State *L = luaL_newstate();

luaL_openlibs(L); // 打开标准库

 

编译并且调用lua脚本，成功以后就可以用L来操作lua数据了：

if (luaL_loadfile(L, "./res/lua1.lua") || lua_pcall(L, 0, 0, 0)) { // 如果运行成功，两个函数都返回0，失败返回非0 

        lua_error(L);

    }

 

获取lua文件中的全局变量：

lua_getglobal(L, "width"); // 获取变量名为width的全局变量，并压入栈，由于是第一个入栈，可以通过索引1或者－1来引用

LUA_NUMBER width = lua_tonumber(L, －1); // 获取栈中的width数据

 

获取lua文件中的table，如果需要获取数组元素，只能使用方式一，并使用lua_pushinteger(L, number)：

方式一：

lua_getglobal(L, "size"); // 假如全局变量中有一个size的table，其中有"x"和"y"字段，必须先将table入栈

lua_pushstring(L, "x"); // 将''x"字段入栈

lua_gettable(L, -2); // 从table中获取"x"字段的值，table现在的索引为－2，并将x的值入栈

lua_pushsting(L, "y"); // 将"y"字段入栈

lua_gettable(L, -3); // 获取y的值并入栈，table现在的索引为－3

方式二：

lua_getglobal(L, "size");

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

lua_getfield(L, -2, "y");

获取数据：

LUA_NUMBER x = lua_tonumber(L, "x");

LUA_NUMBER y = lua_tonumber(L, "y");

 

除了获取lua中的全局变量，我们还可以创建新的全局变量：

1. 创建一个number类型的全局变量：

lua_pushnumber(L, 123); // 先将一个number入栈

lua_setglobal(L, "count"); // 将123设置为全局变量count的值，并将123出栈

lua_getglobal(L, "count"); // 获取count的值并入栈

LUA_NUMBER count = lua_tonumber(L, -1);

2. 创建一个table类型的全局变量：

lua_newtable(L); // 创建一个新的table，并入栈

lua_pushnumber(L, 111); // 将一个number入栈

lua_setfield(L, -2, "x"); // 将111赋值给x字段，并将111出栈

lua_setglobal(L, "point"); // 将新的table的全局变量名设置为point，table出栈

lua_getglobal(L, "point"); // 获取新创建的table，point也相当于lua脚本中的一个全局变量了

 

c调用lua中的函数，函数调用同样需要操作栈来实现：

lua中的一个函数：

function lua_func (x, y)

　　print("lua_func", x, y)

　　return {x = x, y = y}

end

c调用lua_func:

lua_getglobal(L, "lua_func"); // 同样需要先获取函数，并入栈，其实lua函数和普通类型一样，只是函数是一种函数类型，函数执行体就相当于函数类型的值

lua_pushnumber(L, 12); // 将参数入栈，从前向后的顺序，现在入栈的是将会传递给x的参数

lua_pushnumber(L, 24); // 将会传递给y的参数

if (lua_pcall(L, 2, 1, 0)) { // 调用成返回0，否则返回非0值。2代表2个参数，1代表一个返回值，0是只发生错误时候，错误处理函数在堆栈中的索引，因此如果需要进行错误处理，需要先

　　　　　　　　　　　　　　将错误出来函数入栈

　　lua_error(L); // 如果调用失败，lua会将一条错误消息入栈

}

lua_getfield(L, -1, "x"); // 由于返回值是一个table，所以需要将table中的字段提取出来，并入栈

lua_getfield(L, -2, "y");

编写一个辅助函数，可以查看当时的堆栈情况：

static void dump(lua_State* L) {
    for (int i = 1, top = lua_gettop(L); i <= top; ++i) {
        int type = lua_type(L, i);
        switch (type) {
            case LUA_TSTRING:
                printf("%d %s 
", i, lua_tostring(L, i));
                break;
            case LUA_TBOOLEAN:
                printf("%d %s 
", i, lua_toboolean(L, i) ? "true" : "false");
                break;
            case LUA_TNUMBER:
                printf("%d %f 
", i, lua_tonumber(L, i));
                break;
            case LUA_TTABLE:
                printf("%d table 
", i);
                break;
            default:
                printf("%d type:%d %s 
", i, type, lua_typename(L, i));
                break;
        }
    }
}

1. 在c中操作lua的全局变量：

lua文件：

width = 200
height = 500
color = {r = 255, g = 56, b = 123, a = 255}
point  = {}

c文件：

　　// 创建一个lua状态，用于保存脚本的所有数据
　　 lua_State *L = luaL_newstate();
    luaL_openlibs(L); // 打开标准库
    
　　// 编译并执行lua脚本
    if (luaL_loadfile(L, "./res/lua1.lua") || lua_pcall(L, 0, 0, 0)) {
        lua_error(L);
    }
    
    lua_getglobal(L, "width"); // 将width，height变量入栈
    lua_getglobal(L, "height");
    lua_getglobal(L, "color"); // 将color入栈，color是一个数组
    lua_getfield(L, 3, "r"); // 将color中的字段r g b a入栈
    lua_getfield(L, 3, "g");
    lua_getfield(L, 3, "b");
    lua_getfield(L, 3, "a");
    
    if (!lua_isnumber(L, 1) || !lua_isnumber(L, 2) || !lua_istable(L, 3)) {
        lua_error(L);
    }
    
    int width = lua_tonumber(L, 1); // 获取栈中的数据
    int height = lua_tonumber(L, 2);
    int r = lua_tonumber(L, 4);
    int g = lua_tonumber(L, 5);
    int b = lua_tonumber(L, 6);
    int a = lua_tonumber(L, 7);
    
    lua_getglobal(L, "point"); // 将point入栈，point是一个数组
    lua_pushnumber(L, 100); // 为point数组赋值一个x字段，值尾100
    lua_setfield(L, 8, "x");
    lua_pushnumber(L, 120); // 赋值一个y字段，值尾120
    lua_setfield(L, 8, "y");
    
    lua_getfield(L, 8, "x"); // 将pint的x，y字段入栈
    lua_getfield(L, 8, "y");
    
    int px = lua_tonumber(L, -2); // 获取栈中的数据
    int py = lua_tonumber(L, -1);

// 创建一个新的table，全局变量名叫size，并设置size的x，y字段
　　lua_newtable(L);

    lua_pushnumber(L, 10);

    lua_setfield(L, -2, "w");

    lua_pushnumber(L, 20);

    lua_setfield(L, -2, "h");

    lua_setglobal(L, "size");

    lua_getglobal(L, "size");

    lua_getfield(L, -1, "w");

    lua_getfield(L, -2, "h");

    
    dump(L);

2. 在c中操作lua的函数：

lua文件：

function lua_func (x, y)
    print("lua_func", x, y)
    return {x = x, y = y}
end

function lua_error (...)
    print("lua_error")
end

c文件：

 lua_State *L = luaL_newstate();
    luaL_openlibs(L);
    
    if (luaL_loadfile(L, "./res/lua1.lua") || lua_pcall(L, 0, 0, 0)) {
        lua_error(L);
    }
    
    lua_getglobal(L, "lua_error");
    
    lua_getglobal(L, "lua_func");
    lua_pushnumber(L, 12);
    lua_pushnumber(L, 24);
    if (lua_pcall(L, 2, 1, 1)) {
        lua_error(L);
    }
    
    lua_getfield(L, -1, "x");
    lua_getfield(L, -2, "y");

在lua中调用c函数

先定一个c函数，需要符合lua的对c函数要求，其函数原型是：typedef int (*lua_Function) (lua_State* L):

static int setPoint(lua_State* L) {

    lua_Number x = luaL_checknumber(L, 1); // 检测lua调用时，传入的参数，此时函数调用的所有参数已经在栈中

    lua_Number y = luaL_checknumber(L, 2);

    lua_newtable(L); // 创建一个table并入栈，作为返回值使用

    lua_pushnumber(L, x); // 为新创建的table赋值

    lua_setfield(L, -2, "x");

    lua_pushnumber(L, y);

    lua_setfield(L, -2, "y");

    

    return 1; // 表明返回值只有一个，解释器会返回距离栈顶的数据，函数调用完成后，会在自动清理栈相关的数据

}

 

在调用前，在lua的运行环境中注册一个c函数，相当于告诉lua函数的调用地址：

lua_pushcfunction(L, setPoint);

lua_setglobal(L, "set_point");

 

然后就可以在lua中进行调用：

local point = set_point(123, 456)

print(point.x, point.y)

 

注册c函数的模块，假如在一个模块中有多个函数，其实就是在一个全局的table中设置相关的函数而已

先定义一个模块中的相关函数：

static int setPoint(lua_State* L) {

　　...

　　return 1;

}

static int printPoint(lua_State* L) {

　　...

　　return 0;

}

static void register_point(lua_State* L) {

    lua_newtable(L);

    lua_pushcfunction(L, setPoint);

    lua_setfield(L, -2, "set_point");

    lua_pushcfunction(L, printPoint);

    lua_setfield(L, -2, "print_point");

    lua_setglobal(L, "Point"); // 为Point模块注册了两个函数

}

在lua中使用刚注册的c模块：

local point = Point.set_point(123, 456)
Point.print_point(point);

在c中操作lua中的数组：

1. void lua_rawgeti(lua_State* L, int index, int key);

index表示table在栈中的位置，key表示数组的索引，相当于：

lua_pushnumber(L, key);

lua_rawget(L, index);

2. void lua_rawseti(lua_State* L, int index, int key);

index表示table在栈中的位置，key表示数组的索引，相当于：

lua_pushnumber(L, key);

lua_insert(L, -2);

lua_rawset(L, index);

实例：

c代码：

static int map_table (lua_State* L) {
    luaL_checktype(L, 1, LUA_TTABLE); // 第一个参数是数组
    luaL_checktype(L, 2, LUA_TFUNCTION); // 第二个参数是在遍历数组元素时候，对元素的处理函数，返回新的元素
    
    int n = luaL_len(L, 1); // 获取数组的长度
    for (int i = 1; i <= n; ++i) {
        lua_pushvalue(L, 2); // 拷贝一份函数对象，并压入栈顶，因为函数在执行完成后会自动出栈
        lua_rawgeti(L, 1, i); // 获取数组中索引为i的元素，并压入栈
        lua_call(L, 1, 1); // 调用刚拷贝的函数，函数调用相关谁出栈，返回值会入栈
        lua_rawseti(L, 1, i); // 将栈顶的返回值设置为数组元素的新值，返回值出栈
    }
    
    return 0;
}

lua代码：

local t = {11, 22, 33}
function lua_map (v)
    print("lua_map", v);
    return v + 1;
end
map_table(t, lua_map);

for k, v in ipairs(t) do
    print(k, v)
end

c操作lua中的字符串：

c文件：

static int lua_split(lua_State* L) {
    const char* str = luaL_checkstring(L, 1);
    const char* split = luaL_checkstring(L, 2);
    
    lua_newtable(L); // 创建一个新表，用于返回值
    const char* e;
    int i = 0;
    while ((e = strchr(str, *split)) != nullptr) { // 找出分隔符的位置
        lua_pushlstring(L, str, e - str); // 将子串入栈
        lua_rawseti(L, -2, ++i); // 添加子串到数组中
        str = e + 1; // 更新字符串指针，准备匹配下一个分隔符的位置
    }
    lua_pushstring(L, str); // 添加最后一个子串
    lua_rawseti(L, -2, i+1);
    
    return 1;
}

lua文件：

local str = "123, 4434, win, dfnoe,, dfdfd,"

local t = split(str, ',');
for k, v in pairs(t) do
    print(k, v)
end

如果需要动态为字符串分配内存空间，是一件即麻烦又有风险的事，如果直接使用lua为我们提供的buffer，就无需担心内存分配和溢出问题：

luaL_Buffer B; 创建一个buffer

void luaL_buffinit (lua_State* L, luaL_Buffer* B); 初始化一个buffer

void luaL_addchar (luaL_Buffer* B, char c); 添加一个字符到buffer中

void luaL_addlstring (luaL_Buffer* B, const char* str, size_t len); 添加定长的字符串到buffer中

void luaL_addstring (luaL_Buffer* B, const char* str); 添加一个以“”结尾的字符串到buffer中

void luaL_pushresult (luaL_Buffer* B); 更新buffer，并将其留在栈上

void luaL_addvalue (luaL_Buffer* B); 直接将栈顶的值加入缓冲区，必须是字符串和数字

实例：

lua文件：

local str = "i am a student, how about you!"

local str2 = upper(str)
print("str2:", str2)

c文件：

static int lua_upper(lua_State* L) {
    size_t len;
    const char* str = luaL_checklstring(L, -1, &len);
    
    luaL_Buffer buffer;
    luaL_buffinit(L, &buffer);
    
    for (int i = 0; i < len; ++i) {
        luaL_addchar(&buffer, toupper((unsigned char)(str[i])));
    }
    luaL_pushresult(&buffer);
    
    return 1;
}