C++与Lua交互之配置&交互原理&示例

|Lua 简介

Lua 是一种轻量小巧的脚本语言,也是号称性能最高的脚本语言,它用C语言编写并以源代码形式开放。

某些程序常常需要修改内容,而修改的内容不仅仅是数据,更要修改很多函数的行为。

而修改函数行为这种事,很难用简单的更改数据的方式来实现,若在源代码层面上改又得重新编译生成,导致修改成本高。

而脚本语言先通过更改数据,并加了一层对数据解释成运行代码的步骤,从而使程序能在运行时更改复杂的函数行为而无需重新编译。

它为程序大大地提供了灵活的扩展和定制功能,减少了修改的成本。

而游戏程序往往会选择性能高的LUA作为脚本,来应对某些经常修改的模块。

 

|编译、配置 Lua动态链接库

  (本文使用Lua-5.3.5版本)

此外不建议编译配置Lua静态链接库,不然用到某些函数缺少dll会导致运行时错误

Lua库C源码:https://www.lua.org/download.html

下载lua-5.3.x.tar.gz文件,解压。

创建DLL项目,选择Release模式

将解压后的src文件夹下所有.h和.c文件(lua.c,luac.c和其他格式文件都不要)拖进项目,

预处理器定义(宏定义)加上LUA_BULD_AS_DLL

然后项目生成dll文件和lib文件,这两个文件就是编译好出来的动态链接库。

 

最后,在自己的工程项目里,

dll文件复制过来放在生成文件夹(第一次编译项目会在项目根目录生成的Debug/Release文件夹)里,

lib文件复制过来放在项目里某个目录,

那堆.h文件.c文件lua.c,luac.c和其他格式文件都不要)也要复制过来放在项目里某个目录,

配置好项目的包含目录(放.h.c文件的那里)和库目录(放lib文件的那里)

至此,项目配置Lua库完成

 

然后可以在工程项目里如下代码包含lua库:

#pragma comment(lib, "lua.lib")  
extern "C"  
{  
#include <lua.h>  
#include <lualib.h>  
#include <lauxlib.h>  
};

 

|Lua 基本语法(部分)

完整的语法教程->Lua编程参考文档:http://book.luaer.cn/

 

部分Lua的基本变量类型:

nil 无效值
boolean 只有两个值:false和true
number 双精度类型的实浮点数(Lua的数字类型只有双精度浮点数,并无整形单精度之分)
string 字符串由一对双引号或单引号来表示
function 由C或Lua编写的函数
table

Lua 中的表(table)其实是一个"关联数组",数组的索引可以是数字或者是字符串。

 

 

 

 

 

 

 

Lua在定义一个变量时,无需声明它的类型:

a = 12

b = 250.520

c = "hello world"

d = {name = "asd",id = 2333}

 

条件:

if xxx then

  xxxx

else

  xxxx

end

 

Lua的函数可以返还多个返还值

函数格式:

function xxx(xxxx)

end

 

|C与Lua的交互机制

在用C/C++使用Lua库前,有必要理解它们的交互机制。

C与Lua交互的基础是虚拟栈:

 

(如图所示)

此外,为了方便找到栈底栈顶元素的位置,这个虚拟栈还提供两种索引:

正数索引和负数索引,从而使-1总是代表栈顶元素的索引,1总是代表栈底元素的索引

 

交互基本原理:

当C要调用Lua数据时,Lua把值压入栈中,C再从栈中取值;

当Lua调用C数据时,C要将数据压入栈中,让Lua从栈中取值。

 

交互值时大部分可以按上面的互相传输,但是交互函数稍微更复杂:

当C要调用Lua函数时,Lua先将Lua函数压入栈中,C再将数据(作为参数)继续压入栈中,

然后用API调用栈上的lua函数+参数,调用完后,Lua函数和参数都会出栈,而函数计算后的返还值会压入栈中。

 

 

 

 

当Lua要调用C函数时,需要通过API注册符合lua规范的C函数,来让Lua知道该C函数的定义。

 

|C/C++调用Lua脚本

先编写一个测试用的Lua脚本文件,

(由于博主新装电脑,暂时直接用记事本编辑,但是没语法检查容易出错,这里推荐使用其它专业的lua编辑器,例如vsc,lua studio等)

 

打开lua脚本文件:

char lua_filename[] = "test.lua";
lua_State *L = load_lua(lua_filename);
if (NULL == L) {
  return -1;
}

读取lua文件的一般变量:

lua_getglobal(L, "str");
printf("str:%s\n",lua_tostring(L, -1));
lua_getglobal(L, "number");
printf("number:%f\n", lua_tonumber(L, -1));

读取lua文件的table里的变量:

lua_getglobal(L, "table");
//记录table的索引
int tableIndex = lua_gettop(L);

//对-1位置的table取name变量压入栈顶
lua_getfield(L, -1, "name");
printf("table:name:%s\n",lua_tostring(L, -1));

//对tableIndex位置的table取table2变量压入栈顶
lua_getfield(L, tableIndex, "table2");
//对-1位置的table2取name2变量压入栈顶
lua_getfield(L, -1, "name2");
printf("table:table2:name2:%s\n", lua_tostring(L, -1));

读取lua文件的函数,并调用之:

lua_getglobal(L, "add");//读取函数到栈顶
lua_pushnumber(L, 10); //压入参数 10
lua_pushnumber(L, 20); //压入参数 20
//调用函数,若失败返还非0
//lua_pcall第二个参数是指参数的数量,第三个参数是指返还值的数量
if (lua_pcall(L, 2, 1, 0) != 0) {
    printf("lua_pcall failed: %s\n", lua_tostring(L, -1));
    return -1;
}
//读取目前栈顶的元素,也就是返还值
double result = lua_tonumber(L, -1);
printf("add result:%f\n",result);

 

执行上述代码,我们便能看到如下结果

 

调用lua API简单总结:

将Lua脚本里的变量压入栈中

//根据name获取某个全局变量,压入栈顶
int lua_getglobal(lua_State *L, const char *name);
//根据name获取index索引的table元素里的某个变量,压入栈顶
int lua_getfield(lua_State *L, int index, const char *name);

将C变量压入栈中

//将数字压入栈顶
void lua_pushnumber(lua_State *L,double number);
//将字符串压入栈顶
const char *lua_pushstring(lua_State *L, const char *str);

将栈中某个位置的元素提取成C变量

//将index索引的元素以数字的形式提取
double lua_tonumber(lua_State *L, int index);
//将index索引的元素以字符串的形式提取,返还
const char* lua_tostring(lua_State *L, int index);

利用栈调用lua函数

//调用lua函数,arguNum是参数的个数,returnNum是返还值的个数,errorHandleIndex是函数调用错误时会另外调用的错误处理函数的索引(0视为无)
//调用前要求:依次压入 lua函数元素,第1个参数元素,第2个参数元素....
//调用后:调用的lua函数元素和所有参数元素 会在栈里被清理掉,并且若干个返还值元素将压入栈顶
int lua_pcall(lua_State *L, int arguNum, int returnNum, int errorHandleIndex);

 

|Lua脚本调用C函数

首先编写好要调用的C函数,

但是这个C函数并不会像我们往常编写的“正宗C函数”。

首先该函数格式应为:

static int xxxxx(lua_State *L) {
  //balabala随便做点事什么
    return 一个数字;
}

xxxxx的返还值 代表 注册后该函数返还值的个数

那如何接受参数呢?这得通过上面介绍过的“将栈中某个位置的元素提取成C变量”方法获取参数。

那如何返还返还值呢?同样通过"将C变量压入栈中"方法将返还值压入栈顶。

 

例如1个参数、无返还值的print_num函数

static int print_num(lua_State *L) {
    double a = lua_tonumber(L, -1);
    printf("This num is %f", a);
return 0; }

有3个参数、1个返还值的add_three函数

static int add_three(lua_State *L) {
    int a = lua_tonumber(L, -1);
int b = lua_tonumber(L, -2);
int c = lua_tonumber(L, -3);
int sum = a + b + c; lua_pushnumber(L, sum); return 1; }

 

 

然后我们在代码里用API将上述C函数注册到Lua环境里:

第二个参数为在Lua脚本里要注册的函数名字,第三个参数为要注册的C函数指针

lua_register(L, "print1", print_num);
lua_register(L, "add3", add_three);

 

 接下来修改脚本文件内容:

 

我们看看在C调用Lua脚本的callCFunc(),这个函数里面能不能正确调用回2个注册的C函数。

 1     char lua_filename[] = "test.lua";
 2     lua_State *L = load_lua(lua_filename);
 3     if (NULL == L) {
 4         return -1;
 5     }
 6     // 注册函数
 7     lua_register(L, "print1", print_num);
 8     lua_register(L, "add3", add_three);
 9 
10     //调用Lua脚本的callCFunc函数
11     lua_getglobal(L, "callCFunc");
12     lua_pcall(L, 0, 0, 0);

 

结果如我们所料:

 

通过上面C与Lua的交互,我们发现它们的交互机制并不简单,

而且尚不支持C++这种更复杂的更多特性与Lua交互(类/对象/等)。

实际工程中我们往往不想将注意力放在交互的底层过程,而是想如何方便的直接使用交互。

于是可以使用github现有的库以已达到C++与Lua方便交互的作用。

 

|使用Kaguya C++ binding库

kaguya c++ binding下载地址:https://github.com/satoren/kaguya

kaguya是一个很易用的库,它github的使用说明也十分浅显易懂,就连它的配置也是十分简单的:

首先确保你的项目已经包含了lua5.1~lua5.3的环境,

然后只需在你的项目添加"kaguya/include"目录到项目的"头文件包含目录"即可。

 

本文就只简单示范它的几个用法(因为github的说明足够详细了,可自行查阅):

testkaguya.lua文件:

str = "Im dont know what to write"
number = 250.520

table = {
name = "Ezio",
id = 123456,
table2 = {name2 = "Auditore",id2 = 23333}
}

function useCppClass(obj)
    obj:a()
end

C++测试用代码:

 1 #include <iostream>
 2 #include <string> 
 3 #include "kaguya/kaguya.hpp"
 4 
 5 using namespace std;
 6 
 7 class Base {
 8 private:
 9     int shit;
10 public:
11     virtual void a() {cout << "Base::a()";}
12 };
13 
14 class Derived : public Base {
15 public:
16     virtual void a() { cout << "Derived::b()"; }
17 };
18 
19 int main()
20 {
21     //----初始化-----//
22     kaguya::State state;
23     state.dofile("testkaguya.lua");
24 
25     //-----执行lua代码-----//
26     state("number2 = 233");
27     state("str2 = 'ok'");
28 
29     //-----值交互----//
30     std::string value0 = state["str"];
31     cout << value0 << endl << endl;
32 
33     std::string value1 = state["str2"];
34     cout << value1 << endl << endl;
35 
36     double value2 = state["number"];
37     cout << value2 << endl << endl;
38 
39     std::string value3 = state["table"]["name"];
40     cout << value3 << endl << endl;
41 
42     state["tbl"] = kaguya::NewTable();
43     state["tbl"]["value"] = 1;
44     double value4 = state["tbl"]["value"];
45     cout << value4 << endl << endl;
46 
47     //-----函数交互-----//
48     int funcReturn1 = state["math"]["abs"](-32);
49     assert(funcReturn1 == 32);
50 
51     auto funcReturn2 = state["math"]["abs"].call<int>(-32);
52     assert(funcReturn2 == 32);
53     //-----类部分-----//
54     state["Base"].setClass(kaguya::UserdataMetatable<Base>()
55         .addFunction("a", &Base::a)
56     );
57     state["Derived"].setClass(kaguya::UserdataMetatable<Derived, Base>()
58         .addFunction("a", &Derived::a)
59     );
60 
61     Base obj1;
62     Derived obj2;
63     state["useCppClass"](obj1);
64     state["useCppClass"](obj2);
65 
66     system("pause");
67     return 0;
68 }

 

测试结果:

posted @ 2018-07-29 22:47  KillerAery  阅读(4759)  评论(0编辑  收藏  举报