C/C++和Lua是如何进行通信的?

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为了实现Lua和其他语言之间的通信,Lua虚拟机为C/C++提供了两个特性:

一,Lua_State状态机

       lua_State主要是管理一个lua虚拟机的执行环境, 一个lua虚拟机可以有多个执行环境。Lua虚拟机通过维护这样一个虚拟栈来实现两种之间的通信,lua_State定义如下:

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,虚拟栈的管理, 包括管理整个栈和当前函数使用的栈的情况

        2,CallInfo的管理, 包括管理整个CallInfo数组和当前函数的CallInfo

        3,hook相关的, 包括hookmask, hookcount, hook函数等

        4,global_State是全局唯一的,存放多个lua_State之间的一些共享数据

        5,gc的一些管理和当前栈中upvalue的管理

        6,错误处理的支持等等

        C/C++和Lua拥有不同的数据类型,要实现两者之间的数据通信怎么办?Lua虚拟机提供Lua_State这样一种数据结构。任何一种数据从C/C++传入Lua虚拟机中,Lua都会将这类数据转换为一种通用的结构lua_TValue,并且将数据复制一份,将其压入虚拟栈中。lua_TValue定义如下:

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++由自己申请和释放内存,所以两者之间的内存管理是独立的。从C/C++中传递数据到Lua虚拟机会发生数据拷贝,从Lua虚拟机中传递出来是直接从虚拟栈中取值或者地址,所以数据从虚拟栈中pop之后,是否依然是有效引用需要额外注意。

 二,C API

Lua脚本实现交互提供了一系列的C API,常用API有:

        luaL_newstate函数用于初始化一个lua_State实例

        luaL_openlibs函数用于打开Lua中的所有标准库,如io库、string库等。

        luaL_loadbuffer编译了buff中的Lua代码,如果没有错误,则返回0,同时将编译后的程序块压入虚拟栈中。

        lua_pcall函数会将程序块从栈中弹出,并在保护模式下运行该程序块。执行成功返回0,否则将错误信息压入栈中。

        lua_tostring函数中的-1,表示栈顶的索引值,栈底的索引值为1,以此类推。该函数将返回栈顶的错误信息,但是不会将其从栈中弹出。

        lua_pop是一个宏,用于从虚拟栈中弹出指定数量的元素,这里的1表示仅弹出栈顶的元素。

        lua_close用于释放状态指针所引用的资源。

入栈操作:

        Lua针对每种C类型,都有一个C API函数与之对应,如:

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

        void lua_pushboolean(lua_State* L, int b); --布尔值

        void lua_pushnumber(lua_State* L, lua_Number n); --浮点数

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

        void lua_pushlstring(lua_State* L, const char* s, size_t len); --指定长度的内存数据

        void lua_pushstring(lua_State* L, const char* s);  --以零结尾的字符串,其长度可由strlen得出。 

出栈操作:

        API使用“索引”来引用栈中的元素,第一个压入栈的为1,第二个为2,依此类推。我们也可以使用负数作为索引值,其中-1表示为栈顶元素,-2为栈顶下面的元素,同样依此类推。

        Lua提供了一组特定的函数用于检查返回元素的类型,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);

        以上函数,成功返回1,否则返回0。需要特别指出的是,对于lua_isnumber而言,不会检查值是否为数字类型,而是检查值是否能转换为数字类型。

有关API的具体用法或者了解更多的API请访问其官方网站

如有任何疑问和建议,欢迎指出讨论,谢谢~

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