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lua编程之lua与C相互调用

lua是扩展性非常良好的语言,虽然核心非常精简,但是用户可以依靠lua库来实现大部分工作。除此之外,lua还可以通过与C函数相互调用来扩展程序功能。在C中嵌入lua脚本既可以让用户在不重新编译代码的情况下修改lua代码更新程序,也可以给用户提供一个自由定制的接口,这种方法遵循了机制与策略分离的原则。在lua中调用C函数可以提高程序的运行效率。lua与C的相互调用在工程中相当实用,本文就来讲解lua与C相互调用的方法。

Lua与C相互调用的首要问题是如何交换数据,lua API使用了一个抽象的栈与C语言交换数据,提供了压入元素,查询元素和弹出元素等功能的API操作栈,这里可以查看lua5.2中每个函数的详细文档,栈中的元素可以通过索引访问,从栈底向上是从1开始递增的正整数,从栈顶向下是从-1开始递减的负整数,栈的元素按照FIFO的规则进出。

一、 C调用lua

先通过一个简单的例子了解C是怎么调用lua的,

//test.luawidth = 10height = 20//test.c#include <stdio.h>#include <lua.h>#include <lualib.h>#include <lauxlib.h>int main() {  lua_State *L = luaL_newstate();  luaL_openlibs(L);  if(luaL_loadfile(L, "test.lua") || lua_pcall(L, 0,0,0)){    printf("error %s\n", lua_tostring(L,-1));    return -1;  }  lua_getglobal(L,"width");  lua_getglobal(L,"length");  printf("width = %d\n", lua_tointeger(L,-2));  printf("length = %d\n", lua_tointeger(L,-1));  lua_close(L);  return 0;}

luaL_newstate创建一个新的lua_State,C和lua的所有操作都要依赖这个lua环境, luaL_openlibs将lualib.h中定义的lua标准库加载到进lua_State。

luaL_loadfile从文件中加载lua代码并编译,编译成功后的程序块被压入栈中,

lua_pcall会将程序块弹出并在保护模式下解释执行。代码中调用lua_pcall就在lua_State中定义了 width和 length两个全局变量。

lua_getglobal将全局变量的值压入栈中,width先入栈,在-2的位置,length在栈顶。

除了变量,C代码还可以直接调用lua中定义的函数

//test.luafunction add(x, y)  return x+yend//test.c#include <stdio.h>#include <lua.h>#include <lualib.h>#include <lauxlib.h>#include <math.h>int main() {  lua_State *L = luaL_newstate();  luaL_openlibs(L);  if(luaL_loadfile(L, "test.lua") || lua_pcall(L, 0,0,0)){    printf("error %s\n", lua_tostring(L,-1));    return -1;  }  lua_getglobal(L,"add");  lua_pushnumber(L, 10);  lua_pushnumber(L, 20);  if(lua_pcall(L, 2, 1, 0) != 0){    printf("error %s\n", lua_tostring(L,-1));    return -1;  }  double z = lua_tonumber(L, -1);  printf("z = %f \n", z);  lua_pop(L, 1);  lua_close(L);  return 0;}

lua_pcall(L, 2, 1, 0)表示,传入两个参数,期望得到一个返回值,0表示错误处理函数在栈中的索引值,压入结果前会弹出函数和参数,所以z的索引是-1.

二、 lua调用C

lua可以将C函数注册到lua中,C函数必须遵循统一的原型,这个原型定义在lua.h中,

typedef int (*) (lua_State *)

用C函数扩展lua时,一般将所有的C函数编译成一个独立的模块,方便增加新的函数。

//mylib.c#include <stdio.h>#include <lua.h>#include <lualib.h>#include <lauxlib.h>#include <math.h>static int myadd(lua_State *L){                int a = luaL_checknumber(L, 1);                int b = luaL_checknumber(L, 2);                lua_pushnumber(L, a+b);                return 1;}static const struct luaL_Reg mylib [] = {        {"add", myadd},         {NULL, NULL}};int luaopen_mylib(lua_State *L){  luaL_newlib(L, mylib);  return 1;}//call.lua#!/usr/local/bin/lualib=require "mylib"print(lib.add(1, 2))

每个被lua调用的C函数都有自己的私有栈,压入参数的索引从1开始递增,结果值也是直接压入栈中,函数返回时会将压入的参数全部删除,只留下结果值。mylib[]声明了模块中所有C函数列表,每一项映射了C函数在lua中的命名,比如上面代码中myadd函数在lua中用add表示,列表必须用{NULL, NULL}结束。 luaL_newlib在栈中创建一个table,将mylib数组中的C函数注册进这个table中。 luaopen_mylib将这个table中的函数加载进lua环境中。

先将C代码编译成动态链接库,

gcc -shared -fPIC -o mylib.so mylib.c -llua -lm -ldl

lua代码中,require会查找 mylib.so,并调用该链接库中的 luaopen_mylib,luaopen_的后缀必须与动态链接库名字一样,这是由require查找函数方式决定的。

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