C\C++和Lua是如何进行通信的？

摘要： 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。

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。

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