Lua中的userdata

原创

4562xse3460 2022-11-29 20:06:05 博主文章分类：C++ ©著作权

文章标签 userdata light userdata lua 元表 #include 文章分类 代码人生

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userdata 是一种用户自定义数据，用于表示一种由应用程序或 C/C++ 语言库所创建的类型，可以将任意 C/C++ 的任意数据类型的数据（通常是 struct 、指针和类）存储到 Lua 变量中调用。

userdata分为两类，”full userdata”和”light userdata”。

	full userdata	light userdata
定义	用户自定义数据	一种表示C指针的值（即void *），因为是一个值，所以不用创建
使用	需要显式的创建一块儿内存，该段内存由Lua的垃圾回收器管理，使用者无需关心。	存储在栈上，它所使用的内存空间不由Lua的垃圾回收器管理，所以使用者需要关心其内存使用。
创建	// 没有进行参数合法性检查 void lua_newuserdata(lua_State L, size_t size); // 有参数合法性检查 void luaL_checkudata (lua_State L, int arg, const char *tname);	void lua_pushlightuserdata(lua_State L, void p);
其他	可以指定其”metatable”和”metamethods”	不能指定其”metatable”和”metamethods”。

light userdata

轻量级userdata的真正用途是相等性判断。一个完全userdata是一个对象，它只与自身相等。而一个轻量级userdata则表示了一个C/C++指针的值。因此，它与所有表示同一个指针的轻量级userdata相等。可以将轻量级userdata用于查找Lua中的C/C++对象。

使用轻量级的userdata结合static来实现无冲突的key

#include <iostream>
#include <string.h>
using namespace std;

extern "C" {
#include "lua.h"
#include "lualib.h"
#include "lauxlib.h"
}

int main(int argc, char* argv[])
{
	lua_State* L = luaL_newstate();
	// 压入轻量级userdata，一个static变量的地址
	// 由于静态变量的地址在一个进程中具有唯一性，所以绝对不会出现重复key的问题。
	static char key = 'k';
	lua_pushlightuserdata(L, (void *)&key);
	lua_pushstring(L, "JellyThink");
	lua_settable(L, LUA_REGISTRYINDEX);

	// 从注册表中取对应的值
	lua_pushlightuserdata(L, (void *)&key);
	lua_gettable(L, LUA_REGISTRYINDEX);
	string str = lua_tostring(L, -1);
	cout << str.c_str() << endl;

	system("pause");

	return 0;
}

Lua 提供了一个 注册表，这是一个预定义出来的表，可以用来保存任何 C 代码想保存的 Lua 值。这个表可以用有效伪索引 LUA_REGISTRYINDEX 来定位。任何 C 库都可以在这张表里保存数据，为了防止冲突，你需要特别小心的选择键名。一般的用法是，你可以用一个包含你的库名的字符串做为键名，或者取你自己 C 对象的地址，以轻量用户数据的形式做键，还可以用你的代码创建出来的任意 Lua 对象做键。关于变量名，字符串键名中以下划线加大写字母的名字被 Lua 保留。

full userdata

Lua中面向对象的方式

①新建创建对象函数，调用lua_newuserdata，创建一个对象指针，指向new出来的新的对象。得到注册成员方法时，创建的元表StudentClass，设置元表到创建的Student对象指针，这样通过":"操作符就可以找到对应的方法了。

②新建成员方法，调用lua_checkudata，除了把对象指针转换为userdata之外，还可以检查是否有"StudentClass"的元表，增加程序健壮性，得到从lua中传入的对象指针，调用成员方法。

②新建一个元表metatable，并设置元表"__index"的元方法的为metatable本身，然后将成员方法添加到元表metatable里。

③调用luaL_newlib，新建一个表，把构造函数注册进去。

④在Lua中，会首先调用创建对象函数，获得Student对象指针。通过Student对象指针，调用成员方法。

使用student_obj:get_age()其实相当于student_obj.get_age(student_obj)

示例：

创建一个lua文件：lua3.lua，调用C++注册的类

local student_obj = Student.create()
student_obj:set_name("Jack")
student_obj:print()

print("age: " .. student_obj:get_age())

--使用内部的__tostring函数进行打印
print(student_obj)

--下面的代码也是可行的
--student_obj.set_name(student_obj,"Jack")
--student_obj.print(student_obj)

--让其进行自动gc
student_obj = nil

--手动强制gc
--collectgarbage("collect")

1. Student.h

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Student
{
public:
	//构造/析构函数
	Student();
	~Student();

	//get/set函数
	string get_name();
	void set_name(string name);
	unsigned get_age();
	void set_age(unsigned age);

	//打印函数
	void print();

private:
	string _name;
	unsigned _age;
};

2. Student.cpp

#include "Student.h"
using namespace std;

Student::Student():_name("Empty"),_age(0)
{
	cout << "Student Constructor" << endl;
}

Student::~Student()
{
	cout << "Student Destructor" << endl;
}

string Student::get_name()
{
	return _name;
}

void Student::set_name(string name)
{
	_name = name;
}

unsigned Student::get_age()
{
	return _age;
}

void Student::set_age(unsigned age)
{
	_age = age;
}

void Student::print()
{
	cout << "name :" << _name << " age : " << _age << endl;
}

3. StudentRegFuncs.h

#pragma once

#include "Student.h"
extern "C" {
#include "lua.h"
#include "lualib.h"
#include "lauxlib.h"
}

//------定义相关的全局函数------
//创建对象
int lua_create_new_student(lua_State* L);

//get/set函数
int lua_get_name(lua_State* L);
int lua_set_name(lua_State* L);
int lua_get_age(lua_State* L);
int lua_set_age(lua_State* L);

//打印函数
int lua_print(lua_State* L);

//转换为字符串函数
int lua_student2string(lua_State* L);

//自动GC
int lua_auto_gc(lua_State* L);

//------注册全局函数供Lua使用------
//构造函数
static const luaL_Reg lua_reg_student_constructor_funcs[] = {
	{ "create", lua_create_new_student },
	{ NULL, NULL }
};

//成员操作函数
static const luaL_Reg lua_reg_student_member_funcs[] = {
	{ "get_name", lua_get_name },
	{ "set_name", lua_set_name },
	{ "get_age", lua_get_age },
	{ "set_age", lua_set_age },
	{ "print", lua_print },
	{ "__gc", lua_auto_gc }, //注册Lua内部函数__gc
	{ "__tostring", lua_student2string },
	{ NULL, NULL },
};

int luaopen_student_libs(lua_State* L);

4. StudentRegFuncs.cpp

#include "StudentRegFuncs.h"
using namespace std;

int lua_create_new_student(lua_State* L)
{
	//这个函数分配一块指定大小的内存块， 把内存块地址作为一个完全的用户数据压栈， 
	//并返回这个地址。 程序可以随意使用这块内存。
	//创建一个对象指针放到stack里，返回给Lua中使用，userdata的位置-1
	Student** s = (Student**)lua_newuserdata(L, sizeof(Student*));
	*s = new Student();

	//Lua->stack，得到全局元表位置-1,userdata位置-2
	luaL_getmetatable(L, "StudentClass");

	//将元表赋值给位置-2的userdata，并弹出-1的元表
	lua_setmetatable(L, -2);

	return 1;
}

int lua_get_name(lua_State* L)
{
	//得到第一个传入的对象参数（在stack最底部）
	//用luaL_checkudata宏替换lua_touserdata函数
	//除了转换为userdata之外，还可以检查是否有"StudentClass"的元表，增加程序健壮性
	//luaL_checkudata函数第二个参数1，表示检查函数的第1个参数是否是一个类型为StudentClass的用户数据 
	Student** s = (Student**)luaL_checkudata(L, 1, "StudentClass");
	luaL_argcheck(L, s != NULL, 1, "invalid user data");

	//清空stack
	lua_settop(L, 0);

	//将数据放入stack中，供Lua使用
	lua_pushstring(L, (*s)->get_name().c_str());

	return 1;
}

int lua_set_name(lua_State* L)
{
	//得到第一个传入的对象参数
	Student** s = (Student**)luaL_checkudata(L, 1, "StudentClass");
	//检查 s != NULL 是否为真，不为真，抛出一个错误
	luaL_argcheck(L, s != NULL, 1, "invalid user data");
	//检查函数的第 -1 个参数的类型是否是 LUA_TSTRING
	luaL_checktype(L, -1, LUA_TSTRING);

	string name = lua_tostring(L, -1);
	(*s)->set_name(name);

	return 0;
}

int lua_get_age(lua_State* L)
{
	Student** s = (Student**)luaL_checkudata(L, 1, "StudentClass");
	luaL_argcheck(L, s != NULL, 1, "invalid user data");

	lua_pushinteger(L, (*s)->get_age());

	return 1;
}

int lua_set_age(lua_State* L)
{
	Student** s = (Student**)luaL_checkudata(L, 1, "StudentClass");
	luaL_argcheck(L, s != NULL, 1, "invalid user data");

	luaL_checktype(L, -1, LUA_TNUMBER);

	(*s)->set_age((unsigned)lua_tointeger(L, -1));

	return 0;
}

int lua_print(lua_State* L)
{
	Student** s = (Student**)luaL_checkudata(L, 1, "StudentClass");
	luaL_argcheck(L, s != NULL, 1, "invalid user data");

	(*s)->print();

	return 0;
}

int lua_student2string(lua_State* L)
{
	Student** s = (Student**)luaL_checkudata(L, 1, "StudentClass");
	luaL_argcheck(L, s != NULL, 1, "invalid user data");

	lua_pushfstring(L, "This is student name : %s age : %d !", (*s)->get_name().c_str(), (*s)->get_age());

	return 1;
}

int lua_auto_gc(lua_State* L)
{
	Student** s = (Student**)luaL_checkudata(L, 1, "StudentClass");
	luaL_argcheck(L, s != NULL, 1, "invalid user data");

	if (s) {
		delete *s;
	}

	return 0;
}

// 注册函数luaopen_student_libs
int luaopen_student_libs(lua_State* L)
{
	//创建全局元表（里面包含了对LUA_REGISTRYINDEX的操作），元表的位置为-1
	luaL_newmetatable(L, "StudentClass");

	//将元表作为一个副本压栈到位置-1，刚刚创建的元表位置-2
	lua_pushvalue(L, -1);

	//设置-2位置元表的__index的值为位置-1的元表，并弹出位置-1的元表，原元表的位置为-1
	// Lua中的写法：StudentClass = {} 将元表作为一个副本压栈
	// Lua中的写法：StudentClass = { __index = {} } 设置元表的__index索引的值为位置-1的元表
	lua_setfield(L, -2, "__index");

	//将成员函数注册到元表中（到这里，全局元表的设置就全部完成了）
	luaL_setfuncs(L, lua_reg_student_member_funcs, 0);

	//创建一张新的表，并把列表的构造函数注册进去
	luaL_newlib(L, lua_reg_student_constructor_funcs);

	return 1;
}

5. Lua3.cpp，主函数的cpp文件

#include <iostream>
using namespace std;

extern "C" {
#include "lua.h"
#include "lualib.h"
#include "lauxlib.h"
}

#include "Student.h"
#include "StudentRegFuncs.h"

static const luaL_Reg lua_reg_libs[] = {
	{ "base", luaopen_base }, //系统模块
	{ "Student", luaopen_student_libs}, //模块名字Student，注册函数luaopen_student_libs
	{ NULL, NULL }
};

int main(int argc, char* argv[])
{
	if (lua_State* L = luaL_newstate()) {

		//注册让lua使用的库
		const luaL_Reg* lua_reg = lua_reg_libs;
		for (; lua_reg->func; ++lua_reg) {
			luaL_requiref(L, lua_reg->name, lua_reg->func, 1);
			lua_pop(L, 1);
		}
		//加载脚本，如果出错，则打印错误
		if (luaL_dofile(L, "lua3.lua")) {
			cout << lua_tostring(L, -1) << endl;
		}

		lua_close(L);
	}
	else {
		cout << "luaL_newstate error !" << endl;
	}

	system("pause");

	return 0;
}