Lua教程（二十一）：編寫C函數的技巧

2024-07-21 23:04:46

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1. 數組操作：

在Lua中，“數組”只是table的一個別名，是指以一種特殊的方法來使用table。出于性能原因，Lua的C API為數組操作提供了專門的函數，如：

復制代碼代碼如下:

	
	    void lua_rawgeti(lua_State* L, int index, int key);
	    void lua_rawseti(lua_State* L, int index, int key);

以上兩個函數分別用于讀取和設置數組中的元素值。其中index參數表示待操作的table在棧中的位置，key表示元素在table中的索引值。由于這兩個函數均為原始操作，比涉及元表的table訪問更快。通常而言，作為數組使用的table很少會用到元表。

見如下代碼示例和關鍵性注釋：

復制代碼代碼如下:

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

extern "C" int mapFunc(lua_State* L)
{
    //檢查Lua調用代碼中傳遞的第一個參數必須是table。否則將引發錯誤。
    luaL_checktype(L,1,LUA_TTABLE);
    luaL_checktype(L,2,LUA_TFUNCTION);
    //獲取table中的字段數量，即數組的元素數量。
    int n = lua_objlen(L,1);
    //Lua中的數組起始索引習慣為1，而不是C中的0。
    for (int i = 1; i <= n; ++i) {
        lua_pushvalue(L,2); //將Lua參數中的function(第二個參數)的副本壓入棧中。
        lua_rawgeti(L,1,i); //壓入table[i]
        lua_call(L,1,1);     //調用function(table[i])，并將函數結果壓入棧中。
        lua_rawseti(L,1,i); //table[i] = 函數返回值，同時將返回值彈出棧。
    }

//無結果返回給Lua代碼。
return 0;
}

2. 字符串操作：

當一個C函數從Lua收到一個字符串參數時，必須遵守兩條規則：不要在訪問字符串時從棧中將其彈出，不要修改字符串。在Lua的C API中主要提供了兩個操作Lua字符串的函數，即：

復制代碼代碼如下:

	
	    void  lua_pushlstring(lua_State *L, const char *s, size_t l);
	    const char* lua_pushfstring(lua_State* L, const char* fmt, ...);

第一個API用于截取指定長度的子字符串，同時將其壓入棧中。而第二個API則類似于C庫中的sprintf函數，并將格式化后的字符串壓入棧中。和sprintf的格式說明符不同的是，該函數只支持%%(表示字符%)、%s(表示字符串)、%d(表示整數)、%f(表示Lua中的number)及%c(表示字符)。除此之外，不支持任何例如寬度和精度的選項。

復制代碼代碼如下:

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

extern "C" int splitFunc(lua_State* L)
{
    const char* s = luaL_checkstring(L,1);
    const char* sep = luaL_checkstring(L,2); //分隔符
    const char* e;
    int i = 1;
    lua_newtable(L); //結果table
    while ((e = strchr(s,*sep)) != NULL) {
        lua_pushlstring(L,s,e - s); //壓入子字符串。
        //將剛剛壓入的子字符串設置給table，同時賦值指定的索引值。
        lua_rawseti(L,-2,i++);
        s = e + 1;
    }
    //壓入最后一個子串
    lua_pushstring(L,s);
    lua_rawseti(L,-2,i);
    return 1; //返回table。
}

Lua API中提供了lua_concat函數，其功能類似于Lua中的".."操作符，用于連接(并彈出)棧頂的n個值，然后壓入連接后的結果。其原型為：
void lua_concat(lua_State *L, int n);
參數n表示棧中待連接的字符串數量。該函數會調用元方法。然而需要說明的是，如果連接的字符串數量較少，該函數可以很好的工作，反之，則會帶來性能問題。為此，Lua API提供了另外一組函數專門解決由此而帶來的性能問題，見如下代碼示例：

復制代碼代碼如下:

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

extern "C" int strUpperFunc(lua_State* L)
{
    size_t len;
    luaL_Buffer b;
    //檢查參數第一個參數是否為字符串，同時返回字符串的指針及長度。
    const char* s = luaL_checklstring(L,1,&len);
    //初始化Lua的內部Buffer。
    luaL_buffinit(L,&b);
    //將處理后的字符依次(luaL_addchar)追加到Lua的內部Buffer中。
    for (int i = 0; i < len; ++i)
        luaL_addchar(&b,toupper(s[i]));
    //將該Buffer及其內容壓入棧中。
    luaL_pushresult(&b);
    return 1;
}

使用緩沖機制的第一步是聲明一個luaL_Buffer變量，并用luaL_buffinit來初始化它。初始化后，就可通過luaL_addchar將一個字符放入緩沖。除該函數之外，Lua的輔助庫還提供了直接添加字符串的函數，如：

復制代碼代碼如下:

	
	    void luaL_addlstring(luaL_Buffer* b, const char* s, size_t len);
	    void luaL_addstring(luaL_Buffer* b, const char* s);

最后luaL_pushresult會更新緩沖，并將最終的字符串留在棧頂。通過這些函數，就無須再關心緩沖的分配了。但是在追加的過程中，緩沖會將一些中間結果放到棧中。因此，在使用時要留意此細節，只要保證壓入和彈出的次數相等既可。Lua API還提供一個比較常用的函數，用于將棧頂的字符串或數字也追加到緩沖區中，函數原型為：

復制代碼代碼如下:

void luaL_addvalue(luaL_Buffer* b);

    3. 在C函數中保存狀態：
    Lua API提供了三種方式來保存非局部變量，即注冊表、環境和upvalue。
    1). 注冊表：
    注冊表是一個全局的table，只能被C代碼訪問。通常用于保存多個模塊間的共享數據。我們可以通過LUA_REGISTRYINDEX索引值來訪問注冊表。

復制代碼代碼如下:

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

void registryTestFunc(lua_State* L)
{
    lua_pushstring(L,"Hello");
    lua_setfield(L,LUA_REGISTRYINDEX,"key1");
    lua_getfield(L,LUA_REGISTRYINDEX,"key1");
    printf("%s/n",lua_tostring(L,-1));
}

int main()
{
    lua_State* L = luaL_newstate();
    registryTestFunc(L);
    lua_close(L);
    return 0;
}

2). 環境：
如果需要保存一個模塊的私有數據，即模塊內各函數需要共享的數據，應該使用環境。我們可以通過LUA_ENVIRONINDEX索引值來訪問環境。

復制代碼代碼如下:

#include <lua.hpp>
#include <lauxlib.h>
#include <lualib.h>

//模塊內設置環境數據的函數
extern "C" int setValue(lua_State* L)
{
    lua_pushstring(L,"Hello");
    lua_setfield(L,LUA_ENVIRONINDEX,"key1");
    return 0;
}

//模塊內獲取環境數據的函數
extern "C" int getValue(lua_State* L)
{
    lua_getfield(L,LUA_ENVIRONINDEX,"key1");
    printf("%s/n",lua_tostring(L,-1));
    return 0;
}

static luaL_Reg myfuncs[] = {
    {"setValue", setValue},
    {"getValue", getValue},
    {NULL, NULL}
};

extern "C" __declspec(dllexport)
int luaopen_testenv(lua_State* L)
{
    lua_newtable(L); //創建一個新的表用于環境
    lua_replace(L,LUA_ENVIRONINDEX); //將剛剛創建并壓入棧的新表替換為當前模塊的環境表。
    luaL_register(L,"testenv",myfuncs);
    return 1;
}

Lua測試代碼如下。

復制代碼代碼如下:

	
	 require "testenv"
	 
	 print(testenv.setValue())
	 print(testenv.getValue())
	 --輸出為：Hello

3). upvalue：
upvalue是和特定函數關聯的，我們可以將其簡單的理解為函數內的靜態變量。

復制代碼代碼如下:

#include <lua.hpp>
#include <lauxlib.h>
#include <lualib.h>

extern "C" int counter(lua_State* L)
{
    //獲取第一個upvalue的值。
    int val = lua_tointeger(L,lua_upvalueindex(1));
    //將得到的結果壓入棧中。
    lua_pushinteger(L,++val);
    //賦值一份棧頂的數據，以便于后面的替換操作。
    lua_pushvalue(L,-1);
    //該函數將棧頂的數據替換到upvalue(1)中的值。同時將棧頂數據彈出。
    lua_replace(L,lua_upvalueindex(1));
    //lua_pushinteger(L,++value)中壓入的數據仍然保留在棧中并返回給Lua。
    return 1;
}

extern "C" int newCounter(lua_State* L)
{
    //壓入一個upvalue的初始值0，該函數必須先于lua_pushcclosure之前調用。
    lua_pushinteger(L,0);
    //壓入閉包函數，參數1表示該閉包函數的upvalue數量。該函數返回值，閉包函數始終位于棧頂。
    lua_pushcclosure(L,counter,1);
    return 1;
}

static luaL_Reg myfuncs[] = {
    {"counter", counter},
    {"newCounter", newCounter},
    {NULL, NULL}
};

extern "C" __declspec(dllexport)
int luaopen_testupvalue(lua_State* L)
{
luaL_register(L,"testupvalue",myfuncs);
return 1;
}

Lua測試代碼如下。

復制代碼代碼如下:

require "testupvalue"

func = testupvalue.newCounter();
print(func());
print(func());
print(func());

--[[ 輸出結果為：
1
2
3
1
2
3
--]]

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