Lua学习笔记二之C中调用Lua

虽然之前看过《Lua程序设计》（第二版）这本书，但对C与Lua交互的部分，一直不是很理解。最近想系统学习和深入理解C与Lua的交互（实质是想通过这个，进一步阅读Lua源码，:）），因此又看了一下这本书的第4部分，下面是在学习C中调用Lua的全局变量、table和函数的笔记以及自己的理解，其中学习过程中的写的测试代码可以从我的GitHub下载。

0、Lua与C有两种交互形式。在第一种形式中，C语言拥有控制权，Lua是一个库，这种形式中的C代码称为“应用程序代码”；在第二种形式中，Lua拥有控制权，这种形式中的C代码称为“库代码”。Lua的解释器程序(lua.c)就是“应用程序代码”的一个实例；而Lua标准库(lstrlib.c，lmathlib.c等)则是“库代码”的实例。应用程序代码和库代码(注意他们都是C代码，只是功能或者说地位不同)都使用通用的API来与Lua代码通信，这些API称为C
API。

1、lua源码头文件lua.h中，定义了向C应用程序提供的基础函数，包括创建lua环境，调用lua函数(如lua_pcall)、读写Lua环境中的全局变量，以及注册供Lua调用的新函数等。lua.h中声明或定义的函数名都以lua_作为前缀。

2、头文件lauxlib.h定义了辅助库(auxiliary library, auxlib)提供的函数。在该文件中所定义的函数名都以luaL_作为前缀。该辅助库所有函数的实现，都只是用到lua.h中声明的函数，也就是说，该辅助库中所有的函数实现不会直接访问Lua的内部，该库相对于是一个较高的抽象，用于侧重于解决具体任务。

3、Lua库中没有定义任何全局变量。它将所有的状态都保存在动态结构lua_State中，所有的C API都要求传入一个指向该结构的指针。

4、在Lua与C之间交换数据时，主要有两个问题，一个是动态类型和静态类型之间的区别，其次是自动内存管理和手动内存管理之间的区别。为了解决两个问题，Lua与C之间交换数据时利用了一个抽象的栈。

5、Lua中的字符串不是以零结尾的，他们可以包含任意二进制数据。因此，它们必须同时保存一个显示的长度。将字符串压入栈中的基本函数是lua_pushlstring，它要求传入一个显示的长度参数。对于零结尾的字符串，可以使用函数lua_pushstring，这个函数通过strlen来计算字符串的长度。Lua不会持有指向外部（指Lua虚拟机外的）字符串的指针。对于所有Lua持有的字符串，它都会生成一个内部副本，或者复用现有的内容。因此，即使在这些函数立即返回后立刻释放或修改这些字符串，也不会出现问题。

6、接口中以lua_push*开头的函数，一般用来向栈中压入函数，通常Lua代码调用C函数时，调用的函数通常就用这些接口，把结果压入栈中，返回给lua（当然这些C函数也要求返回一个值，告诉Lua一共返回（压入）了多少个值）。值得注意的是，向栈中压入一个元素时，应该确保栈中具有足够的空间，可以调用lua_checkstack来检测是否有足够的空间。

7、接口中以lua_to*开头的函数，一般用于栈中获取一个值。通常在C函数中，可以用这些接口获取从lua中传递给C函数的参数。如果指定的元素不具有正确的类型，调用这些函数也不会出问题的。在这种情况下，lua_toboolean、lua_tonumber、lua_tointeger和lua_objlen会返回0，而其他函数会返回NULL。对于返回NULL的函数，可以直接通过返回值，即可以知道调用是否正确；对于返回0的函数，通常先需要使用lua_is*函数，看判断调用是否正确。

8、接口中以lua_get*开头的函数，调用后，一般会向栈顶中压入一个元素。比如void lua_gettable(lua_State *L,int index)会向栈顶压入t[k]，这里的t是栈中索引为index的值，k是栈顶的值。

9、接口中以luaL_check*开头的函数，如果发生错误，则总是抛出一个错误。若正确，则会返回相应类型的值，该接口通常用来检测lua传入的参数是否正确。

10、当Lua调用的一个C函数返回时，Lua就会清空它的栈。也就是说在Lua代码中调用C函数时，当这个C函数返回后，Lua虚拟机就会把其相应的交换数据的栈清空。也说明了，对被调用的C函数，从栈中获取的值，但C函数返回后，就不能再使用了（特别是针对接口lua_tolstring）。

11、几乎所有的API函数都会抛出错误（即调用longjmp），而不是返回错误。当编写库代码时（被Lua调用的C函数），使用longjmp几乎和使用异常处理机制一样方便，Lua会捕获所有可能的错误。而当编写应用程序代码时（调用Lua的C代码），必须提供一种捕获错误的方式。在大多数应用程序中，通常都通过调用lua_pcall来运行Lua代码，这样即使发生错误了，应用程序（比如游戏主进程）也不会结束。如果要保护那些与Lua交互的C代码，可以使用lua_cpcall。这个函数类似于lua_pcall，但它接受一个C函数作为参数，然后调用这个C函数。

12、在调用lua_pcall时，第三个参数是期望的结果数量。就像lua的赋值一样，lua_pcall会根据要求的数量来调整实际结果的数量，即压入nil或丢弃多余的结果。在压入结果前，lua_pcall会先删除栈中的函数及其参数。如果一个函数会返回多个结果，那么第一个结果最先压入。

13、可以使用luaL_checktype函数确保给定参数具有特定的类型，否则它会引发一个错误。