浅析CC++和Lua的通信方式

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。

如有任何疑问和建议，欢迎指出讨论，谢谢~