Lua与C交互相关

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读书笔记
Lua

C语言API总览。

C语言和Lua语言的两种交互形式：

  1. C语言拥有控制权，而Lua语言被用作库，这种交互形式中的C代码被称为应用代码。
  2. Lua语言拥有控制权，而C语言被用作库，此时的C代码被称为库代码。

应用代码和库代码都适用相同的API和Lua语言通信，这些API称为C API。

一个简单的独立解释器：

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#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "lua.h"
#include "lauxlib.h"
#include "lualib.h"

int main(void)
{
  char buff[256];
  int error;
  lua_State *L = luaL_newstate();				/* 打开Lua */
  luaL_openlibs(L);											/* 打开标准库 */
  
  while(fgets(buuff,sizeof(buff),stdin) != NULL)
  {
    error = luaL_loadstring(L,buff) || lua_pcall(L,0,0,0);
    if(error)
    {
      fprintf(stderr,"%s\n",lua_tostring(L,-1));
      lua_pop(L,1);											/* 从栈中弹出错误信息 */
    }
  }
  
  lua_close(L);
  return 0;
}

头文件lua.h声明了Lua提供的基础函数，其中包括创建新Lua环境的函数、调用Lua函数的函数、读写环境中的全局变量的函数，以及注册供Lua语言调用的新函数的函数，等等。其中声明的所有内容都有一个前缀lua_。

头文件lauxlib.h声明了辅助库所提供的函数，其中所有的声明均以luaL_开头。

头文件lualib.h中声明了用于打开这些库的函数。

栈：

Lua和C之间通信的主要组件是虚拟栈，几乎所有的API的调用都是在操作这个栈中的值，Lua和C之间所有的数据交换都是通过这个栈完成的，此外，还可以利用栈保存中间结果。

为了解决动态类型和静态类型体系之间不匹配，以及自动内存管理和手动内存管理之间不匹配：Lua API中没有定义任何类似于lua_Value的类型，而是使用栈在Lua和C之间交换数据。栈中的每个元素都能保存Lua中任意类型的值。当我们想要从Lua中获取一个值时，只需调用Lua，Lua就会将指定的值压入栈中。当想要将一个值传给Lua时，首先要将这个值压入栈，然后调用Lua将其从栈中弹出即可。这需要每个C语言类型都有一个函数将其压入栈，还需要每个类型都有一个弹出的函数，但是避免了过多的组合，另外由于这个栈是Lua状态的一部分，因此垃圾收集器知道C语言正在使用哪些值。

压入元素：

针对每一种能用C语言直接表示的Lua数据类型，C API中都有一个对应的压栈函数。

对栈空间的检查可以使用int lua_checkstack(lua_State *L,int sz);这里，sz是我们所需的额外栈位置的数量，如果可能，函数 lua_checkstack 会增加栈的大小，以容纳所需的额外空间；否则该函数返回0。

查询元素：

第一个被压入栈的元素索引为1，第二个被压入的元素索引为2，依此类推。也可以使用负数索引来访问栈中的元素，栈顶的元素为-1，-2表示在它之前被压入栈中的元素。

与Lua栈相关的函数游一系列，在此不做赘述。

使用C API进行错误处理：

处理应用程序中的错误：

Lua语言通常通过长跳转来提示错误，但是如果没有相应的setjmp，解释器就无法进行长跳转。此时，API中的任何错误都会导致Lua调用紧急函数。当这个函数返回后，应用就会退出。

要正确的处理应用代码中的错误，就必须通过Lua语言调用我们自己的代码，即在setjmp的上下文中运行代码。

我们可以把C代码封装到一个函数F中，然后使用lua_pcall调用这个函数F，通过这种方式，我们的C代码会在保护模式下运行。即便发生内存分配失败，函数lua_pcall也会返回一个对应的错误码，使解释器能够保持一致的状态：

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static int foo(lua_State *L)
{
	//code to run in protected mode
	return 0;
}

int secure_foo(lua_State *L)
{
	lua_pushcfunction(L,foo);
	return (lua_pcall(L,0,0,0) == 0)
}

无论发生什么，调用secure_foo时都会返回一个布尔值，来表示foo执行是否成功。

处理库代码中的错误：

当C语言库中的函数检测到错误时，只需简单的调用lua_error即可。

内存分配：

Lua语言核心对内存分配不进行任何假设，只会通过一个分配函数来分配和释放内存，当用户创建lua状态时必须提供该函数。

luaL_newstate是一个用默认分配函数来创建Lua状态的辅助函数。该默认分配函数使用了来自C语言标准函数库的标准函数malloc-realloc-free，对于大多数应用程序来说已经够了，但是，要完全控制Lua的内存分配也很容易，使用原始的lua_newstate来创建我们自己的Lua状态即可：

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lua_State *lua_newstate(lua_Alloc f,void *ud)

该函数有两个参数：一个是分配函数，另一个是用户数据。用这种方式创建的Lua状态会通过调用f完成所有的内存分配和释放，甚至结构lua_State也是由f分配的。

分配函数f必须满足lua_Alloc的类型声明：

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typedef void *(*lua_Alloc)(void *ud,						// 为lua_newstate所提供的用户数据
													 void *ptr,						// 正要被分配或者释放的块的地址
													 size_t osize,				// 原始块的大小
													 size_t nsize);				// 请求的块大小

如果ptr不是NULL，则lua会保证其之前被分配的大小就是osize。

当nsize为0时，分配函数必须释放ptr指向的块并返回NULL，对应于所要求的大小为零的块。当ptr时NULL时，该函数必须分配并返回一个指定大小的块；如果无法分配指定的块，则必须返回NULL。

pcall：

在调用函数lua_pcall时，第二个参数表示传递的参数数量，第三个参数是期望的结果数量，第四个参数代表错误处理函数。就像Lua语言的赋值一样，函数lua_pcall会根据所要求的数量来调整返回值的个数，即压入nil或丢弃多余的结果。在压入结果前，lua_pcall会把函数和其参数从栈中移除。当一个函数返回多个结果时，那么第一个结果最后被压入。

在Lua中调用C语言：

当Lua调用C函数时，我们必须注册该函数，即必须以一种恰当的方式为Lua提供该C函数的地址。Lua调用C函数时，也使用了一个与C语言调用Lua函数时相同类型的栈，C函数从栈中获取参数，并将结果压入栈中。

这个栈不是一个全局结构；每个函数都有其私有的局部栈。当Lua调用一个C函数时，第一个参数总是位于这个局部栈中索引为1的位置。即使一个C函数调用了Lua代码，而且Lua代码又再次调用了同一个的C函数，这些调用每一个都只会看到本次调用自己的私有栈，其中索引为1的位置上就是第一个参数。

所有在Lua中注册的函数都必须使用一个相同的原型，该原型就是定义在lua.h中的lua_CFunction：

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typedef int (*lua_CFunction)(lua_State *L)

在Lua中，调用这个函数前，还必须通过lua_pushcfunction注册该函数。函数lua_pushcfunction会获取一个指向C函数的指针，然后在Lua中创建一个“function”类型，代表待注册的函数。一旦完成注册，C函数就可以像其他Lua函数一样行事了。