Lua和C++交互总结（很详细）

一.lua堆栈

要理解lua和c++交互，首先要理解lua堆栈。

简单来说，Lua和C/c++语言通信的主要方法是一个无处不在的虚拟栈。栈的特点是先进后出。

在lua中，lua堆栈就是一个struct，堆栈索引的方式可是是正数也可以是负数，区别是：正数索引1永远表示栈底，负数索引-1永远表示栈顶。如图：

二.堆栈的操作

因为lua与c/c++是通过栈来通信，lua提供了C API对栈进行操作。

我们先来看一个最简单的例子：

[cpp] view
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#include <iostream>

#include <string.h>

using namespace std;

extern "C"

{

#include "lua.h"

#include "lauxlib.h"

#include "lualib.h"

}

void main()

{

//1.创建一个state

lua_State *L = luaL_newstate();

//2.入栈操作

lua_pushstring(L, "I am so cool~");

lua_pushnumber(L,20);

//3.取值操作

if( lua_isstring(L,1)){ //判断是否可以转为string

cout<<lua_tostring(L,1)<<endl; //转为string并返回

}

if( lua_isnumber(L,2)){

cout<<lua_tonumber(L,2)<<endl;

}

//4.关闭state

lua_close(L);

return ;

}

可以简单理解为luaL_newstate返回一个指向堆栈的指针，其它看注释应该能懂了吧。
如果对extern "C"不熟悉的可以点击这里：/article/1926774.html。

其他一些栈操作：

[cpp] view
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int lua_gettop (lua_State *L); //返回栈顶索引（即栈长度）

void lua_settop (lua_State *L, int idx); //

void lua_pushvalue (lua_State *L, int idx);//将idx索引上的值的副本压入栈顶

void lua_remove (lua_State *L, int idx); //移除idx索引上的值

void lua_insert (lua_State *L, int idx); //弹出栈顶元素，并插入索引idx位置

void lua_replace (lua_State *L, int idx); //弹出栈顶元素，并替换索引idx位置的值

lua_settop将栈顶设置为一个指定的位置，即修改栈中元素的数量。如果值比原栈顶高，则高的部分nil补足，如果值比原栈低，则原栈高出的部分舍弃。
所以可以用lua_settop(0)来清空栈。

三.c++调用lua

我们经常可以使用lua文件来作配置文件。类似ini，xml等文件配置信息。

现在我们来使用c++来读取lua文件中的变量，table，函数。

现在有这样一个hello.lua 文件：

[cpp] view
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str = "I am so cool"

tbl = {name = "shun", id = 20114442}

function add(a,b)

return a + b

end

我们写一个test.cpp来读取它：

[cpp] view
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#include <iostream>

#include <string.h>

using namespace std;

extern "C"

{

#include "lua.h"

#include "lauxlib.h"

#include "lualib.h"

}

void main()

{

//1.创建Lua状态

lua_State *L = luaL_newstate();

if (L == NULL)

{

return ;

}

//2.加载lua文件

int bRet = luaL_loadfile(L,"hello.lua");

if(bRet)

{

cout<<"load file error"<<endl;

return ;

}

//3.运行lua文件

bRet = lua_pcall(L,0,0,0);

if(bRet)

{

cout<<"pcall error"<<endl;

return ;

}

//4.读取变量

lua_getglobal(L,"str");

string str = lua_tostring(L,-1);

cout<<"str = "<<str.c_str()<<endl; //str = I am so cool~

//5.读取table

lua_getglobal(L,"tbl");

lua_getfield(L,-1,"name");

str = lua_tostring(L,-1);

cout<<"tbl:name = "<<str.c_str()<<endl; //tbl:name = shun

//6.读取函数

lua_getglobal(L, "add"); // 获取函数，压入栈中

lua_pushnumber(L, 10); // 压入第一个参数

lua_pushnumber(L, 20); // 压入第二个参数

int iRet= lua_pcall(L, 2, 1, 0);// 调用函数，调用完成以后，会将返回值压入栈中，2表示参数个数，1表示返回结果个数。

if (iRet) // 调用出错

{

const char *pErrorMsg = lua_tostring(L, -1);

cout << pErrorMsg << endl;

lua_close(L);

return ;

}

if (lua_isnumber(L, -1)) //取值输出

{

double fValue = lua_tonumber(L, -1);

cout << "Result is " << fValue << endl;

}

//至此，栈中的情况是：

//=================== 栈顶 ===================

// 索引 类型 值

// 4 int： 30

// 3 string： shun

// 2 table: tbl

// 1 string: I am so cool~

//=================== 栈底 ===================

//7.关闭state

lua_close(L);

return ;

}

知道怎么读取后，我们来看下如何修改上面代码中table的值：

[cpp] view
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// 将需要设置的值设置到栈中

lua_pushstring(L, "我是一个大帅锅～");

// 将这个值设置到table中（此时tbl在栈的位置为2）

lua_setfield(L, 2, "name");

我们还可以新建一个table：

[cpp] view
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// 创建一个新的table，并压入栈

lua_newtable(L);

// 往table中设置值

lua_pushstring(L, "Give me a girl friend !"); //将值压入栈

lua_setfield(L, -2, "str"); //将值设置到table中，并将Give me a girl friend 出栈

需要注意的是：堆栈操作是基于栈顶的，就是说它只会去操作栈顶的值。

举个比较简单的例子，函数调用流程是先将函数入栈，参数入栈，然后用lua_pcall调用函数，此时栈顶为参数，栈底为函数，所以栈过程大致会是：参数出栈->保存参数->参数出栈->保存参数->函数出栈->调用函数->返回结果入栈。

类似的还有lua_setfield，设置一个表的值，肯定要先将值出栈，保存，再去找表的位置。

再不理解可看如下例子：

[cpp] view
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lua_getglobal(L, "add"); // 获取函数，压入栈中

lua_pushnumber(L, 10); // 压入第一个参数

lua_pushnumber(L, 20); // 压入第二个参数

int iRet= lua_pcall(L, 2, 1, 0);// 将2个参数出栈，函数出栈，压入函数返回结果

lua_pushstring(L, "我是一个大帅锅～"); //

lua_setfield(L, 2, "name"); // 会将"我是一个大帅锅～"出栈

另外补充一下：

lua_getglobal(L,"var")会执行两步操作：1.将var放入栈中，2.由lua去寻找变量var的值，并将变量var的值返回栈顶（替换var）。

lua_getfield(L,-1,"name") 的作用等价于 lua_pushstring(L,"name") + lua_gettable(L,-2)

四.lua调用c++

我们分三个方法实现它。

方法一：直接将模块写入lua源码中

在lua中调用c/c++，我们可以将函数写lua.c中，然后重新编译lua文件。

也许你用的是lua for windows集成环境，没关系，不会编译lua可以参考这篇：http://blog.csdn.net/snlscript/article/details/15533373

编译好后是这样子的：（如图）



然后我们可以在lua.c中加入我们自己的函数。函数要遵循规范（可在lua.h中查看）如下：

[cpp] view
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typedef int (*lua_CFunction) (lua_State *L);

换句话说，所有的函数必须接收一个lua_State作为参数，同时返回一个整数值。因为这个函数使用Lua栈作为参数，所以它可以从栈里面读取任意数量和任意类型的参数。而这个函数的返回值则表示函数返回时有多少返回值被压入Lua栈。（因为Lua的函数是可以返回多个值的）

然后我们在lua.c中加入如下函数：

[cpp] view
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// This is my function

static int getTwoVar(lua_State *L)

{

// 向函数栈中压入2个值

lua_pushnumber(L, 10);

lua_pushstring(L,"hello");

return 2;

}

在pmain函数中，luaL_openlibs函数后加入以下代码：

[cpp] view
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//注册函数

lua_pushcfunction(L, getTwoVar); //将函数放入栈中

lua_setglobal(L, "getTwoVar"); //设置lua全局变量getTwoVar

通过查找lua.h

[cpp] view
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/#define lua_register(L,n,f) (lua_pushcfunction(L, (f)), lua_setglobal(L, (n)))

我们发现之前的注册函数可以这样子写：

[cpp] view
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lua_register(L,"getTwoVar",getTwoVar);

运行，结果如图：



当然，一般我们不建议去修改别人的代码，更倾向于自己编写独立的c/c++模块，供lua调用，下面来讲讲如何实现。

方法二：使用静态依赖的方式

1.新建一个空的win32控制台工程，记得在vc++目录中，把lua中的头文件和lib文件的目录包含进来，然后->链接器->附加依赖项->将lua51.lib和lua5.1.lib也包含进来。

2.在目录下新建一个avg.lua如下：

[cpp] view
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avg, sum = average(10, 20, 30, 40, 50)

print("The average is ", avg)

print("The sum is ", sum)

3.新建test.cpp如下：

[cpp] view
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#include <stdio.h>

extern "C" {

#include "lua.h"

#include "lualib.h"

#include "lauxlib.h"

}

/* 指向Lua解释器的指针 */

lua_State* L;

static int average(lua_State *L)

{

/* 得到参数个数 */

int n = lua_gettop(L);

double sum = 0;

int i;

/* 循环求参数之和 */

for (i = 1; i <= n; i++)

{

/* 求和 */

sum += lua_tonumber(L, i);

}

/* 压入平均值 */

lua_pushnumber(L, sum / n);

/* 压入和 */

lua_pushnumber(L, sum);

/* 返回返回值的个数 */

return 2;

}

int main ( int argc, char *argv[] )

{

/* 初始化Lua */

L = lua_open();

/* 载入Lua基本库 */

luaL_openlibs(L);

/* 注册函数 */

lua_register(L, "average", average);

/* 运行脚本 */

luaL_dofile(L, "avg.lua");

/* 清除Lua */

lua_close(L);

/* 暂停 */

printf( "Press enter to exit…" );

getchar();

return 0;

}

执行一下，我们可以得到结果：



大概顺序就是：我们在c++中写一个模块函数，将函数注册到lua解释器中，然后由c++去执行我们的lua文件，然后在lua中调用刚刚注册的函数。

看上去很别扭啊有木有。。。接下来介绍一下dll调用方式。

方法三：使用dll动态链接的方式

我们先新建一个dll工程，工程名为mLualib。（因此最后导出的dll也为mLualib.dll）

然后编写我们的c++模块，以函数为例，我们先新建一个.h文件和.cpp文件。

h文件如下：（如果你不是很能明白头文件的内容，点击这里：/article/1926774.html。）

[cpp] view
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#pragma once

extern "C" {

#include "lua.h"

#include "lualib.h"

#include "lauxlib.h"

}

#ifdef LUA_EXPORTS

#define LUA_API __declspec(dllexport)

#else

#define LUA_API __declspec(dllimport)

#endif

extern "C" LUA_API int luaopen_mLualib(lua_State *L);//定义导出函数

.cpp文件如下：

[cpp] view
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#include <stdio.h>

#include "mLualib.h"

static int averageFunc(lua_State *L)

{

int n = lua_gettop(L);

double sum = 0;

int i;

/* 循环求参数之和 */

for (i = 1; i <= n; i++)

sum += lua_tonumber(L, i);

lua_pushnumber(L, sum / n); //压入平均值

lua_pushnumber(L, sum); //压入和

return 2; //返回两个结果

}

static int sayHelloFunc(lua_State* L)

{

printf("hello world!");

return 0;

}

static const struct luaL_Reg myLib[] =

{

{"average", averageFunc},

{"sayHello", sayHelloFunc},

{NULL, NULL} //数组中最后一对必须是{NULL, NULL}，用来表示结束

};

int luaopen_mLualib(lua_State *L)

{

luaL_register(L, "ss", myLib);

return 1; // 把myLib表压入了栈中，所以就需要返回1

}

不理解没关系，我们先编译它，然后新建一个lua文件，在lua中我们这样子来调用：（调用之前记得把dll文件复制到lua文件目录下）

[cpp] view
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require "mLualib"

local ave,sum = ss.average(1,2,3,4,5)//参数对应堆栈中的数据

print(ave,sum) -- 3 15

ss.sayHello() -- hello world!

成功调用了有木有？我们看到了输出信息。（木有成功你留言，我教你！）

至此都发生了什么呢？梳理一下：

1.我们编写了averageFunc求平均值和sayHelloFunc函数，

2.然后把函数封装myLib数组里面，类型必须是luaL_Reg

3.由luaopen_mLualib函数导出并在lua中注册这两个函数。

那么为什么要这样子写呢？实际上当我们在lua中：

[cpp] view
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require "mLualib"

这样子写的时候，lua会这么干：

[cpp] view
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local path = "mLualib.dll"

local f = package.loadlib(path,"luaopen_mLualib") -- 返回luaopen_mLualib函数

f() -- 执行

所以当我们在编写一个这样的模块的时候，编写luaopen_xxx导出函数的时候，xxx最好是和项目名一样（因为项目名和dll一样）。

需要注意的是：函数参数里的lua_State是私有的，每一个函数都有自己的栈。当一个c/c++函数把返回值压入Lua栈以后，该栈会自动被清空。

五.总结

这篇文章花了好几天才整理的，最后总结一下就是：

lua和c++是通过一个虚拟栈来交互的。

c++调用lua实际上是：由c++先把数据放入栈中，由lua去栈中取数据，然后返回数据对应的值到栈顶，再由栈顶返回c++。

lua调c++也一样：先编写自己的c模块，然后注册函数到lua解释器中，然后由lua去调用这个模块的函数。

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