c++和lua相互调用

2018-11-03 本文已影响0人 David_Longzy

lua语言的功能就不用过多的描述，详细的可以去找相关的lua书籍去看看！这里主要说的是c++和lua相互调用的情况

1.调用原理

其实c或c++和lua的交互，是通过一个虚拟栈进行的。在lua中，lua堆栈就是一个struct，堆栈的索引可以是正数，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。
如图所示

image

lua的栈类似于以下的定义, 它是在创建lua_State的时候创建的:

TValue stack[max_stack_len] // 欲知内情可以查 lstate.c 的stack_init函数
存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:

image

执行下面的代码就可以让你的lua栈上呈现图中的情况

lua_pushcclosure(L, func, 0) // 创建并压入一个闭包

lua_createtable(L, 0, 0)// 新建并压入一个表

lua_pushnumber(L, 123)  // 压入一个数字

lua_pushstring(L, “str”)   // 压入一个字符串

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:

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, 先说明简单下

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

从下面的图可以的得出如下结论:

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.
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.

二、堆栈的操作

因为Lua与C/C++是通过栈来通信，Lua提供了C API对栈进行操作。

我们先来看一个最简单的例子：

#include <iostream>  
#include <string.h>  
using namespace std;  
   
extern "C"  
{  
  #include "lua.h"  
  #include "lauxlib.h"  
  #include "lualib.h"  
}  
void main()  
{  
  //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)){ //判断是否可以转为string  
  cout<<lua_tostring(L,1)<<endl;  //转为string并返回  
}  
if( lua_isnumber(L,2)){  
  cout<<lua_tonumber(L,2)<<endl;  
}  
   
//4.关闭state  
lua_close(L);  
return ;  
}

可以简单理解为luaL_newstate返回一个指向堆栈的指针，其它看注释应该能懂了吧。
其他一些栈操作：

int   lua_gettop (lua_State *L);//返回栈顶索引（即栈长度）  
void  lua_settop (lua_State *L, int idx);   //
void  lua_pushvalue (lua_State *L, int idx);//将idx索引上的值的副本压入栈顶  
void  lua_remove (lua_State *L, int idx);   //移除idx索引上的值  
void  lua_insert (lua_State *L, int idx);   //弹出栈顶元素，并插入索引idx位置  
void  lua_replace (lua_State *L, int idx);  //弹出栈顶元素，并替换索引idx位置的值

ua_settop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。

三、C++调用Lua

我们经常可以使用Lua文件来作配置文件。类似ini，xml等文件配置信息。现在我们来使用C++来读取Lua文件中的变量，table，函数。

lua和c通信时有这样的约定: 所有的lua中的值由lua来管理, c++中产生的值lua不知道, 类似表达了这样一种意思: "如果你(c/c++)想要什么, 你告诉我(lua), 我来产生, 然后放到栈上, 你只能通过api来操作这个值, 我只管我的世界", 这个很重要, 因为:

如果你想要什么, 你告诉我, 我来产生"就可以保证, 凡是lua中的变量, lua要负责这些变量的生命周期和垃圾回收, 所以, 必须由lua来创建这些值(在创建时就加入了生命周期管理要用到的簿记信息)
然后放到栈上, 你只能通过api来操作这个值", lua api给c提供了一套完备的操作界面, 这个就相当于约定的通信协议, 如果lua客户使用这个操作界面, 那么lua本身不会出现任何"意料之外"的错误.
我只管我的世界"这句话体现了lua和c/c++作为两个不同系统的分界, c/c++中的值, lua是不知道的, lua只负责它的世界

现在有这样一个hello.lua 文件：

str = "I am so cool"  
tbl = {name = "shun", id = 20114442}  
function add(a,b)  
return a + b  
end

我们写一个test.cpp来读取它：

#include <iostream>  
#include <string.h>  
using namespace std;  
   
extern "C"  
{  
  #include "lua.h"  
  #include "lauxlib.h"  
  #include "lualib.h"  
}  
void main()  
{  
    //1.创建Lua状态  
    lua_State *L = luaL_newstate();  
    if (L == NULL)  
    {  
    return ;  
    }  
   
    //2.加载Lua文件  
    int bRet = luaL_loadfile(L,"hello.lua");  
    if(bRet)  
    {  
        cout<<"load file error"<<endl;  
        return ;  
    }  
   
    //3.运行Lua文件  
    bRet = lua_pcall(L,0,0,0);  
    if(bRet)  
    {  
        cout<<"pcall error"<<endl;  
        return ;  
    }  
   
    //4.读取变量  
    lua_getglobal(L,"str");  
    string str = lua_tostring(L,-1);  
    cout<<"str = "<<str.c_str()<<endl;//str = I am so cool~  
   
    //5.读取table  
    lua_getglobal(L,"tbl");   
    lua_getfield(L,-1,"name");  
    str = lua_tostring(L,-1);  
    cout<<"tbl:name = "<<str.c_str()<<endl; //tbl:name = shun  
   
    //6.读取函数  
    lua_getglobal(L, "add");// 获取函数，压入栈中  
    lua_pushnumber(L, 10);  // 压入第一个参数  
    lua_pushnumber(L, 20);  // 压入第二个参数  
    int iRet= lua_pcall(L, 2, 1, 0);// 调用函数，调用完成以后，会将返回值压入栈中，2表示参数个数，1表示返回结果个数。  
    if (iRet)   // 调用出错  
    {  
        const char *pErrorMsg = lua_tostring(L, -1);  
        cout << pErrorMsg << endl;  
        lua_close(L);  
        return ;  
    }  
    if (lua_isnumber(L, -1))//取值输出  
    {  
        double fValue = lua_tonumber(L, -1);  
        cout << "Result is " << fValue << endl;  
    }  
   
    //至此，栈中的情况是：  
    //=================== 栈顶 ===================   
    //  索引  类型  值  
    //   4   int：  30   
    //   3   string：   shun   
    //   2   table: tbl  
    //   1   string:I am so cool~  
    //=================== 栈底 ===================   
   
    //7.关闭state  
    lua_close(L);  
    return ;  
}

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, "我是一个大帅锅～");
// 将这个值设置到table中（此时tbl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, "Give me a girl friend !"); //将值压入栈  
lua_setfield(L, -2, "str"); //将值设置到table中，并将Give me a girl friend 出栈

需要注意的是：堆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->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。

再不理解可看如下例子：

lua_getglobal(L, "add");// 获取函数，压入栈中  
lua_pushnumber(L, 10);  // 压入第一个参数  
lua_pushnumber(L, 20);  // 压入第二个参数  
int iRet= lua_pcall(L, 2, 1, 0);// 将2个参数出栈，函数出栈，压入函数返回结果  
lua_pushstring(L, "我是一个大帅锅～");  //   
lua_setfield(L, 2, "name"); // 会将"我是一个大帅锅～"出栈

另外补充一下：

lua_getglobal(L,"var")会执行两步操作：1.将var放入栈中，2.由Lua去寻找变量var的值，并将变量var的值返回栈顶（替换var）。

lua_getfield(L,-1,"name")的作用等价于 lua_pushstring(L,"name") + lua_gettable(L,-2)

lua value 和 c value的对应关系：

	c	lua
nil	无	{value=0, tt = t_nil}
boolean	int 非0, 0	{value=非0/0， tt = t_boolean}
number	int/float等 1.5	{value=1.5, tt = t_number}
lightuserdata	void, int, 各种* point	{value=point, tt = t_lightuserdata}
string	char str[]	{value=gco, tt = t_string} gco=TString obj
table	无	{value=gco, tt = t_table} gco=Table obj
userdata	无	{value=gco, tt = t_udata} gco=Udata obj
closure	无	{value=gco, tt = t_function} gco=Closure obj

可以看出来, lua中提供的一些类型和c中是对应的, 也提供一些c中没有的类型. 其中有一些要特别的说明一下:

nil值, c中没有对应, 但是可以通过lua_pushnil向lua中压入一个nil值

注意: lua_push*族函数都有"创建一个类型的值并压入"的语义, 因为lua中所有的变量都是lua中创建并保存的, 对于那些和c中有对应关系的lua类型, lua会通过api传来的附加参数, 创建出对应类型的lua变量放在栈顶, 对于c中没有对应类型的lua类型, lua直接创建出对应变量放在栈顶.

例如:

lua_pushstring(L, “string”) lua根据"string"创建一个 TString obj, 绑定到新分配的栈顶元素上
lua_pushcclosure(L,func, 0) lua根据func创建一个 Closure obj, 绑定到新分配的栈顶元素上
lua_pushnumber(L,5) lua直接修改新分配的栈顶元素, 将5赋值到对应的域
lua_createtable(L,0, 0)lua创建一个Tabke obj, 绑定到新分配的栈顶元素上

总之, 这是一个 c value –> lua value的流向, 不管是想把一个简单的5放入lua的世界, 还是创建一个table, 都会导致

栈顶新分配元素
绑定或赋值

还是为了重复一句话, 一个c value入栈就是进入了lua的世界, lua会生成一个对应的结构并管理起来, 从此就不再依赖这个c value

lua value –> c value时, 是通过 lua_to* 族api实现, 很简单, 取出对应的c中的域的值就行了, 只能转化那些c中有对应值的lua value, 比如table就不能to c value, 所以api中夜没有提供 lua_totable这样的接口.

四、Lua调用C++

lua调用c或c++在项目中很少用得着！所以这里就不用再讲了！

总结

c或c++调用的lua是项目中经常用到的，特别是在游戏方面，做热更新。其他项目中有一大部分是用再读取配置配置文件，替代常用的配置文件类型(ini，conf，xml等)，用lua做配置的优点有以下几个：

lua做配置文件必须遵循lua语法
调用lua的API能处理lua中的错误语法
调用lua的API能跳过lua中的注释
调用API相对简单