Lua中调用C函数

　　Lua利用一个虚拟的堆栈来给C传递值或从C获取值。每当Lua调用C函数，都会获得一个新的堆栈，该堆栈初始包含所有的调用C函数所需要的参数值（Lua传给C函数的调用实参），并且C函数执行完毕后，会把返回值压入这个栈（Lua从中拿到C函数调用结果）。

　　于此相关的C API有几个比较重要的定义如下：

　　（1）typedef struct lua_State lua_State;
　　lua虚拟机（或叫解释器），可以理解为一个thread，和一个完整的Lua虚拟环境的执行状态。

　　（2）typedef int (*lua_CFunction) (lua_State *L);

　　能够被Lua调用的C函数都必须是这种规则。函数的返回的int值表示C函数返回值的个数。

　　（3）void lua_pushcclosure (lua_State *L, lua_CFunction fn, int n);
　　将一个C闭包压栈；
　　首先将upvalues依次压栈，然后调用该函数，将c函数压栈，并将n个upvalues出栈；
　　参数fn：C函数指针
　　参数n：函数关联的upvalue的个数。

　　（4）void lua_pushcfunction (lua_State *L, lua_CFunction f);
　　将C函数压栈；
　　接收一个C函数的指针参数，然后将一个Lua.function类型的对象压栈。

　　（5）void lua_register (lua_State *L, const char *name, lua_CFunction f);
　　注册C函数为一个全局变量；
　　#define lua_register(L,n,f) (lua_pushcfunction(L, f), lua_setglobal(L, n))

　　（6）void luaL_setfuncs (lua_State *L, const luaL_Reg *l, int nup);
　　注册函数到栈顶的表中；
　　参数l：luaL_Reg列表，记录了要注册的函数信息，注意，该列表以{NULL, NULL}结尾；
　　nup参数：upvalue的个数，如果不为0，则注册的所有函数都共享这些upvalues；
　　先将table压栈，然后将upvalues依次压栈，然后调用该函数进行函数注册。注册完毕后upvalues会出栈。
　　注意：luaL_register函数已经不再使用，取而代之的是luaL_setfuncs，因为该函数不会创建全局变量。

　　typedef struct luaL_Reg { const char *name; lua_CFunction func; } luaL_Reg;

　　Lua可以调用C函数的能力将极大的提高Lua的可扩展性和可用性。对于有些和操作系统相关的功能，或者是对效率要求较高的模块，我们完全可以通过C函数来实现，之后再通过Lua调用指定的C函数。对于那些可被Lua调用的C函数而言，其接口必须遵循Lua要求的形式，即typedef int (*lua_CFunction)(lua_State* L)。简单说明一下，该函数类型仅仅包含一个表示Lua环境的指针作为其唯一的参数，实现者可以通过该指针进一步获取Lua代码中实际传入的参数。返回值是整型，表示该C函数将返回给Lua代码的返回值数量，如果没有返回值，则return 0即可。需要说明的是，C函数无法直接将真正的返回值返回给Lua代码，而是通过虚拟栈来传递Lua代码和C函数之间的调用参数和返回值的。这里我们将介绍两种Lua调用C函数的规则。

　　1. C函数作为应用程序的一部分

#include <stdio.h>#include <string.h>#include <lua.hpp>#include <lauxlib.h>#include <lualib.h>//待Lua调用的C注册函数。static int add2(lua_State* L){    //检查栈中的参数是否合法，1表示Lua调用时的第一个参数(从左到右)，依此类推。    //如果Lua代码在调用时传递的参数不为number，该函数将报错并终止程序的执行。    double op1 = luaL_checknumber(L,1);    double op2 = luaL_checknumber(L,2);    //将函数的结果压入栈中。如果有多个返回值，可以在这里多次压入栈中。    lua_pushnumber(L,op1 + op2);    //返回值用于提示该C函数的返回值数量，即压入栈中的返回值数量。    return 1;}//另一个待Lua调用的C注册函数。static int sub2(lua_State* L){    double op1 = luaL_checknumber(L,1);    double op2 = luaL_checknumber(L,2);    lua_pushnumber(L,op1 - op2);    return 1;}const char* testfunc = "print(add2(1.0,2.0)) print(sub2(20.1,19))";int main(){    lua_State* L = luaL_newstate();    luaL_openlibs(L);    //将指定的函数注册为Lua的全局函数变量，其中第一个字符串参数为Lua代码    //在调用C函数时使用的全局函数名，第二个参数为实际C函数的指针。    lua_register(L, "add2", add2);    lua_register(L, "sub2", sub2);    //在注册完所有的C函数之后，即可在Lua的代码块中使用这些已经注册的C函数了。    if (luaL_dostring(L,testfunc))        printf("Failed to invoke.\n");    lua_close(L);    return 0;}

 2. C函数库成为Lua的模块
　　将包含C函数的代码生成库文件，如Linux的so，或Windows的DLL，同时拷贝到Lua代码所在的当前目录，或者是LUA_CPATH环境变量所指向的目录，以便于Lua解析器可以正确定位到他们。在我当前的Windows系统中，我将其copy到"C:\Program Files\Lua\5.1\clibs\"，这里包含了所有Lua可调用的C库。见如下C语言代码和关键性注释：

#include <stdio.h>#include <string.h>#include <lua.hpp>#include <lauxlib.h>#include <lualib.h>//待注册的C函数，该函数的声明形式在上面的例子中已经给出。//需要说明的是，该函数必须以C的形式被导出，因此extern "C"是必须的。//函数代码和上例相同，这里不再赘述。extern "C" int add(lua_State* L) {    double op1 = luaL_checknumber(L,1);    double op2 = luaL_checknumber(L,2);    lua_pushnumber(L,op1 + op2);    return 1;}extern "C" int sub(lua_State* L){    double op1 = luaL_checknumber(L,1);    double op2 = luaL_checknumber(L,2);    lua_pushnumber(L,op1 - op2);    return 1;}//luaL_Reg结构体的第一个字段为字符串，在注册时用于通知Lua该函数的名字。//第一个字段为C函数指针。//结构体数组中的最后一个元素的两个字段均为NULL，用于提示Lua注册函数已经到达数组的末尾。static luaL_Reg mylibs[] = {     {"add", add},    {"sub", sub},    {NULL, NULL} }; //该C库的唯一入口函数。其函数签名等同于上面的注册函数。见如下几点说明：//1. 我们可以将该函数简单的理解为模块的工厂函数。//2. 其函数名必须为luaopen_xxx，其中xxx表示library名称。Lua代码require "xxx"需要与之对应。//3. 在luaL_register的调用中，其第一个字符串参数为模块名"xxx"，第二个参数为待注册函数的数组。//4. 需要强调的是，所有需要用到"xxx"的代码，不论C还是Lua，都必须保持一致，这是Lua的约定，//   否则将无法调用。extern "C" __declspec(dllexport)int luaopen_mytestlib(lua_State* L) {    const char* libName = "mytestlib";    luaL_register(L,libName,mylibs);    return 1;}

   见如下Lua代码：

require "mytestlib"  --指定包名称 --在调用时，必须是package.functionprint(mytestlib.add(1.0,2.0))print(mytestlib.sub(20.1,19))