Lua和其他宿主语言交互原理剖析

题外话：今天周六，刚好有时间就把我这次项目组内部分享的文章贴出来，分享给大家，同时也方便以后自己翻阅。

一、Lua简介

        目标：Lua语言本身是用C语言来编写开发的。当初设计Lua的目标就是想让Lua成为一个很容易嵌入其它语言中使用的语言。现有很多应用程序使用Lua作为自己的嵌入式脚本语言，以此来实现可配置性、可扩展性。

        特性：Lua是一种轻量语言，它的官方版本只包括一个精简的核心和最基本的库。源码是开源的，把源码编译之后仅仅一百多K，可以很方便的嵌入别的程序里。Lua同时也易于扩展，由宿主语言(通常是C或C++)开发和提供一些功能，Lua可以很容易的使用它们。

二、lua和其他宿主语言交互的桥梁-栈

        1、Lua与其他宿主语言的交互，其实是通过C语言实现的虚拟机栈来实现的交互的。Lua在C函数和脚本函数之间创建了一种虚拟栈的结构，栈的元素代表一个Lua的值(table, string, nil等等8种基本类型)。Lua提供了一系列C API用于操作栈，比如将元素入栈，出栈，删除等等。在调用这些API之前，通常都需要将必须的值压入栈，在API调用结束后，再把结果从栈中取出。

        2、接下来我们看一下Lua的虚拟机栈大概是个什么样子的。下面是我用mspaint手绘的一张图：

从这张图中我们可以看出：

1、栈的特性，先进后出。

2、栈中的每个元素可以为任意的lua的8个基本数据类型中的一种。

3、假如lua虚拟机栈中有lua的8个基本数据类型。那么从栈顶到战底用正数索引表示就是8到1，栈顶是8，栈底是1。用负数索引表示就是-1到-8，栈顶是-1，栈底是-8。

4、正数索引的好处就是，栈底永远是1。

5、 负数索引的好处就是，栈顶永远是-1。

三、常用接口函数讲解

下面一张是宿主程序和Lua虚拟机交互图，这张图大致演示了，宿主语言怎么和Lua语言进行交互的。

1、luaL_dofile(L, fn)

    luaL_dofile函数实际上是执行了lua_load函数来加载lua文件，加载成功之后会编译一个代码块作为一个匿名函数放置在栈顶。

    然后调用lua_pcall执行匿名代码块，最终C代码才能调用lua中的函数和变量等等。

2、lua_call(lua_State

*L, int nargs, int nresults) 和lua_pcall(lua_State *L,int nargs, int nresults, int errfunc)

    lua_call在无保护模式下面运行的，出错直接抛出异常。而lua_pcall在保护模式模型下运行的，出错获捕获异常信息。这两个函数调用之后都会把栈顶的数据弹出栈。

3、lua_getfield(lua_State*L, int idx, const char *k)

    lua_getfield是用来取出lua中的一个值，一般都是先找到table所在的位置索引index，然后传入key，取出值。   

    1、lua_getfield(L, LUA_GLOBALSINDEX, key)

    等价于lua_getglobal(L,key)

    含义：从全局表中取出key字段的值

   2、lua_getfield(L, index, key)

    等价于：lua_pushstring(L,key)    lua_gettable(L,index)

    含义：从栈中找到table所在的位置索引index，然后取出key字段的值，并把值压入栈中。

4、lua_setfield(lua_State*L, int idx, const char *k)

    lua_setfield用来改变lua中的一个值，一般都要先把改变的vlaue通过Push压入栈等（lua_pushstring、lua_pushnumber等），然后在调用lua_setfield来进行取值赋值操作

    1、lua_setfield(L, LUA_GLOBALSINDEX, key)

    等价于：lua_setglobal(L,key)   

    含义：从全局表中找到key，然后用栈顶的值value，覆盖掉key原来的值。最后把栈顶的值弹出栈。

   2、lua_setfield(L, index, key)

    等价于：

    lua_pushstring(L,key);

    lua_pushnumber(L,value);

    lua_settable(L,index);

    含义：从栈中找到key，然后取出他在table中的位置索引index的值，用栈顶的值覆盖掉key原来的值。最后把栈顶的值弹出栈

四、示例

这次演示采用的宿主语言是C++。

我们看一下第一个例子：C++如何调用Lua的函数。

Lua码如下：

C++代码如下

运行结果：

带栈信息的运行结果：

第二个例子：Lua如何调用C++中的函数

Lua代码如下：

C++代码如下：

运行结果：

带栈信息的运行结果：

第三个例子：C++如何获得Lua中的变量和Table的值，同时修改他们。

Lua代码如下：

C++代码如下：

运行结果：

        从这三个例子里面我们可以看出，lua和宿主语言的交互主要是通过栈来完成的。时刻要留言栈内哪些元素进栈了，那些元素出栈了，栈内还有哪些元素。

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