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Lua和C++交互详细总结

发布时间:2020-12-14 21:53:52 所属栏目:大数据 来源:网络整理
导读:一、Lua堆栈 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

一、Lua堆栈

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:

??????????

?? 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)??????? // 新建并压入一个表

??? lua_pushnumber(L,343)????? // 压入一个数字

??? lua_pushstring(L,“mystr”)?? // 压入一个字符串

?

??? 这里要说明的是,你压入的类型有数值,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,table,proto,upvalue,thread

??? 从下面的图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,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:

复制代码

#include <iostream>  
#include <string.h>  
using namespace std;  
   
extern "C"  
{  
    #include lua.h"  
    #include lauxlib.hlualib.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,128)">1)){             判断是否可以转为string  
        cout<<lua_tostring(L,128)">1)<<endl;  转为string并返回  
    }  
    if( lua_isnumber(L,128)">2)){  
        cout<<lua_tonumber(L,128)">2)<<endl;  
    }  
   
    4.关闭state  
    lua_close(L);  
    return ;  
}

复制代码

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,255)">int idx);将idx索引上的值的副本压入栈顶 void lua_remove (lua_State *L,0)">移除idx索引上的值 void lua_insert (lua_State *L,0)">弹出栈顶元素,并插入索引idx位置 void lua_replace (lua_State *L,255)">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:

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,0)">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,0)">");

我们还可以新建一个table:

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,0)"> 获取函数,压入栈中 lua_pushnumber(L,0)"> 压入第一个参数 lua_pushnumber(L,0)"> 压入第二个参数 将2个参数出栈,函数出栈,压入函数返回结果 lua_pushstring(L,0)">"); // lua_setfield(L,0)">"); 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. 其中有一些药特别的说明一下:

??????? 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,0) lua根据func创建一个 Closure obj,sans-serif'> ????????????????? 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)lua创建一个Tabke obj,sans-serif'> ?????? 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

????????????????? 1. 栈顶新分配元素??? 2. 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++

我们分三个方法实现它。

方法一:直接将模块写入Lua源码中

在Lua中调用C/C++,我们可以将函数写lua.c中,然后重新编译Lua文件。

编译好后是这样子的:(如图)

然后我们可以在lua.c中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:

typedef int (*lua_CFunction) (lua_State *L);

换句话说,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。(因为Lua的函数是可以返回多个值的)

然后我们在lua.c中加入如下函数:

/#define lua_register(L,n,f) (lua_pushcfunction(L,(f)),lua_setglobal(L,(n)))

我们发现之前的注册函数可以这样子写:

lua_register(L,getTwoVar);

运行,结果如图:

当然,一般我们不建议去修改别人的代码,更倾向于自己编写独立的C/C++模块,供Lua调用,下面来讲讲如何实现。

方法二:使用静态依赖的方式

1. 新建一个空的win32控制台工程,记得在vc++目录中,把lua中的头文件和lib文件的目录包含进来,然后->链接器->附加依赖项->将lua51.lib和lua5.1.lib也包含进来。

2. 在目录下新建一个avg.lua如下:

avg,sum = average(10,128)">20,128)">30,128)">40,128)">50)  
print(The average is ",avg)  
The sum is #include <stdio.h>  
" {  
#include "  
#include "  
}  
   
/* 指向Lua解释器的指针 */  
lua_State* L;  
int average(lua_State *L)  
{  
     得到参数个数 */  
    int n = lua_gettop(L);  
    double sum = 0;  
    int i;  
   
     循环求参数之和 for (i = 1; i <= n; i++)  
    {  
         求和 */  
        sum += lua_tonumber(L,i);  
    }  
     压入平均值 */  
    lua_pushnumber(L,sum / n);  
     压入和  返回返回值的个数 2;  
}  
   
int main ( int argc,255)">char *argv[] )  
{  
     初始化Lua */  
    L = lua_open();  
   
     载入Lua基本库 */  
    luaL_openlibs(L);  
     注册函数 */  
    lua_register(L,0)">average 运行脚本 */  
    luaL_dofile(L,0)">avg.lua 清除Lua */  
    lua_close(L);  
   
     暂停 */  
    printf( Press enter to exit…" );  
    getchar();  
    0;  
}
执行一下,我们可以得到结果:

大概顺序就是:我们在C++中写一个模块函数,将函数注册到Lua解释器中,然后由C++去执行我们的Lua文件,然后在Lua中调用刚刚注册的函数。

看上去很别扭啊有木有。接下来介绍一下dll调用方式。

方法三:使用dll动态链接的方式

我们先新建一个dll工程,工程名为mLualib。(因此最后导出的dll也为mLualib.dll)

然后编写我们的c++模块,以函数为例,我们先新建一个.h文件和.cpp文件。

h文件如下:(如果你不是很能明白头文件的内容,点击这里:http://blog.csdn.net/shun_fzll/article/details/39078971。)

复制代码

#include <stdio.h>  
#include mLualib.h"  
int averageFunc(lua_State *L)  
{  
    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  
   
    2;                       返回两个结果  
}  
   
int sayHelloFunc(lua_State* L)  
{  
    printf(hello world!0;  
}  
   
struct luaL_Reg myLib[] =   
{  
    {sayHello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,0)">ss1;        把myLib表压入了栈中,所以就需要返回1  
}
不理解没关系,我们先编译它,然后新建一个lua文件,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 mLualib"  
local ave,sum = ss.average(3,128)">4,128)">5)参数对应堆栈中的数据  
print(ave,sum)  -- 3 15  
ss.sayHello()   -- hello world!

成功调用了有木有?我们看到了输出信息。

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。

那么为什么要这样子写呢?实际上当我们在Lua中:

这样子写的时候,Lua会这么干:

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(因为项目名和dll一样)。

需要注意的是:函数参数里的lua_State是私有的,每一个函数都有自己的栈。当一个C/C++函数把返回值压入Lua栈以后,该栈会自动被清空。

五、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。

(编辑:李大同)

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