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Lua教程（二十一）：編寫C函數(shù)的技巧

1. 數(shù)組操作：

在Lua中，“數(shù)組”只是table的一個(gè)別名，是指以一種特殊的方法來使用table。出于性能原因，Lua的C API為數(shù)組操作提供了專門的函數(shù)，如：

復(fù)制代碼代碼如下:

    void lua_rawgeti(lua_State* L, int index, int key);

    void lua_rawseti(lua_State* L, int index, int key);

以上兩個(gè)函數(shù)分別用于讀取和設(shè)置數(shù)組中的元素值。其中index參數(shù)表示待操作的table在棧中的位置，key表示元素在table中的索引值。由于這兩個(gè)函數(shù)均為原始操作，比涉及元表的table訪問更快。通常而言，作為數(shù)組使用的table很少會用到元表。

見如下代碼示例和關(guān)鍵性注釋：

復(fù)制代碼代碼如下:

#include stdio.h>
#include string.h>
#include lua.hpp>
#include lauxlib.h>
#include lualib.h>

extern "C" int mapFunc(lua_State* L)
{
    //檢查Lua調(diào)用代碼中傳遞的第一個(gè)參數(shù)必須是table。否則將引發(fā)錯(cuò)誤。
    luaL_checktype(L,1,LUA_TTABLE);
    luaL_checktype(L,2,LUA_TFUNCTION);
    //獲取table中的字段數(shù)量，即數(shù)組的元素?cái)?shù)量。
    int n = lua_objlen(L,1);
    //Lua中的數(shù)組起始索引習(xí)慣為1，而不是C中的0。
    for (int i = 1; i = n; ++i) {
        lua_pushvalue(L,2); //將Lua參數(shù)中的function(第二個(gè)參數(shù))的副本壓入棧中。
        lua_rawgeti(L,1,i); //壓入table[i]
        lua_call(L,1,1);     //調(diào)用function(table[i])，并將函數(shù)結(jié)果壓入棧中。
        lua_rawseti(L,1,i); //table[i] = 函數(shù)返回值，同時(shí)將返回值彈出棧。
    }

//無結(jié)果返回給Lua代碼。
return 0;
}

2. 字符串操作：

當(dāng)一個(gè)C函數(shù)從Lua收到一個(gè)字符串參數(shù)時(shí)，必須遵守兩條規(guī)則：不要在訪問字符串時(shí)從棧中將其彈出，不要修改字符串。在Lua的C API中主要提供了兩個(gè)操作Lua字符串的函數(shù)，即：

復(fù)制代碼代碼如下:

    void  lua_pushlstring(lua_State *L, const char *s, size_t l);

    const char* lua_pushfstring(lua_State* L, const char* fmt, ...);

第一個(gè)API用于截取指定長度的子字符串，同時(shí)將其壓入棧中。而第二個(gè)API則類似于C庫中的sprintf函數(shù)，并將格式化后的字符串壓入棧中。和sprintf的格式說明符不同的是，該函數(shù)只支持%%(表示字符%)、%s(表示字符串)、%d(表示整數(shù))、%f(表示Lua中的number)及%c(表示字符)。除此之外，不支持任何例如寬度和精度的選項(xiàng)。

復(fù)制代碼代碼如下:

#include stdio.h>
#include string.h>
#include lua.hpp>
#include lauxlib.h>
#include lualib.h>

extern "C" int splitFunc(lua_State* L)
{
    const char* s = luaL_checkstring(L,1);
    const char* sep = luaL_checkstring(L,2); //分隔符
    const char* e;
    int i = 1;
    lua_newtable(L); //結(jié)果table
    while ((e = strchr(s,*sep)) != NULL) {
        lua_pushlstring(L,s,e - s); //壓入子字符串。
        //將剛剛壓入的子字符串設(shè)置給table，同時(shí)賦值指定的索引值。
        lua_rawseti(L,-2,i++);
        s = e + 1;
    }
    //壓入最后一個(gè)子串
    lua_pushstring(L,s);
    lua_rawseti(L,-2,i);
    return 1; //返回table。
}

Lua API中提供了lua_concat函數(shù)，其功能類似于Lua中的".."操作符，用于連接(并彈出)棧頂?shù)膎個(gè)值，然后壓入連接后的結(jié)果。其原型為：
void lua_concat(lua_State *L, int n);
參數(shù)n表示棧中待連接的字符串?dāng)?shù)量。該函數(shù)會調(diào)用元方法。然而需要說明的是，如果連接的字符串?dāng)?shù)量較少，該函數(shù)可以很好的工作，反之，則會帶來性能問題。為此，Lua API提供了另外一組函數(shù)專門解決由此而帶來的性能問題，見如下代碼示例：

復(fù)制代碼代碼如下:

#include stdio.h>
#include string.h>
#include lua.hpp>
#include lauxlib.h>
#include lualib.h>

extern "C" int strUpperFunc(lua_State* L)
{
    size_t len;
    luaL_Buffer b;
    //檢查參數(shù)第一個(gè)參數(shù)是否為字符串，同時(shí)返回字符串的指針及長度。
    const char* s = luaL_checklstring(L,1,len);
    //初始化Lua的內(nèi)部Buffer。
    luaL_buffinit(L,b);
    //將處理后的字符依次(luaL_addchar)追加到Lua的內(nèi)部Buffer中。
    for (int i = 0; i len; ++i)
        luaL_addchar(b,toupper(s[i]));
    //將該Buffer及其內(nèi)容壓入棧中。
    luaL_pushresult(b);
    return 1;
}

使用緩沖機(jī)制的第一步是聲明一個(gè)luaL_Buffer變量，并用luaL_buffinit來初始化它。初始化后，就可通過luaL_addchar將一個(gè)字符放入緩沖。除該函數(shù)之外，Lua的輔助庫還提供了直接添加字符串的函數(shù)，如：

復(fù)制代碼代碼如下:

    void luaL_addlstring(luaL_Buffer* b, const char* s, size_t len);

    void luaL_addstring(luaL_Buffer* b, const char* s);

最后luaL_pushresult會更新緩沖，并將最終的字符串留在棧頂。通過這些函數(shù)，就無須再關(guān)心緩沖的分配了。但是在追加的過程中，緩沖會將一些中間結(jié)果放到棧中。因此，在使用時(shí)要留意此細(xì)節(jié)，只要保證壓入和彈出的次數(shù)相等既可。Lua API還提供一個(gè)比較常用的函數(shù)，用于將棧頂?shù)淖址驍?shù)字也追加到緩沖區(qū)中，函數(shù)原型為：

復(fù)制代碼代碼如下:

void luaL_addvalue(luaL_Buffer* b);

    3. 在C函數(shù)中保存狀態(tài)：
    Lua API提供了三種方式來保存非局部變量，即注冊表、環(huán)境和upvalue。
    1). 注冊表：
    注冊表是一個(gè)全局的table，只能被C代碼訪問。通常用于保存多個(gè)模塊間的共享數(shù)據(jù)。我們可以通過LUA_REGISTRYINDEX索引值來訪問注冊表。

復(fù)制代碼代碼如下:

#include stdio.h>
#include string.h>
#include lua.hpp>
#include lauxlib.h>
#include lualib.h>

void registryTestFunc(lua_State* L)
{
    lua_pushstring(L,"Hello");
    lua_setfield(L,LUA_REGISTRYINDEX,"key1");
    lua_getfield(L,LUA_REGISTRYINDEX,"key1");
    printf("%s\n",lua_tostring(L,-1));
}

int main()
{
    lua_State* L = luaL_newstate();
    registryTestFunc(L);
    lua_close(L);
    return 0;
}

2). 環(huán)境：
如果需要保存一個(gè)模塊的私有數(shù)據(jù)，即模塊內(nèi)各函數(shù)需要共享的數(shù)據(jù)，應(yīng)該使用環(huán)境。我們可以通過LUA_ENVIRONINDEX索引值來訪問環(huán)境。

復(fù)制代碼代碼如下:

#include lua.hpp>
#include lauxlib.h>
#include lualib.h>

//模塊內(nèi)設(shè)置環(huán)境數(shù)據(jù)的函數(shù)
extern "C" int setValue(lua_State* L)
{
    lua_pushstring(L,"Hello");
    lua_setfield(L,LUA_ENVIRONINDEX,"key1");
    return 0;
}

//模塊內(nèi)獲取環(huán)境數(shù)據(jù)的函數(shù)
extern "C" int getValue(lua_State* L)
{
    lua_getfield(L,LUA_ENVIRONINDEX,"key1");
    printf("%s\n",lua_tostring(L,-1));
    return 0;
}

static luaL_Reg myfuncs[] = {
    {"setValue", setValue},
    {"getValue", getValue},
    {NULL, NULL}
};

extern "C" __declspec(dllexport)
int luaopen_testenv(lua_State* L)
{
    lua_newtable(L); //創(chuàng)建一個(gè)新的表用于環(huán)境
    lua_replace(L,LUA_ENVIRONINDEX); //將剛剛創(chuàng)建并壓入棧的新表替換為當(dāng)前模塊的環(huán)境表。
    luaL_register(L,"testenv",myfuncs);
    return 1;
}

Lua測試代碼如下。

復(fù)制代碼代碼如下:

 require "testenv"

 print(testenv.setValue())

 print(testenv.getValue())

 --輸出為：Hello

3). upvalue：
upvalue是和特定函數(shù)關(guān)聯(lián)的，我們可以將其簡單的理解為函數(shù)內(nèi)的靜態(tài)變量。

復(fù)制代碼代碼如下:

#include lua.hpp>
#include lauxlib.h>
#include lualib.h>

extern "C" int counter(lua_State* L)
{
    //獲取第一個(gè)upvalue的值。
    int val = lua_tointeger(L,lua_upvalueindex(1));
    //將得到的結(jié)果壓入棧中。
    lua_pushinteger(L,++val);
    //賦值一份棧頂?shù)臄?shù)據(jù)，以便于后面的替換操作。
    lua_pushvalue(L,-1);
    //該函數(shù)將棧頂?shù)臄?shù)據(jù)替換到upvalue(1)中的值。同時(shí)將棧頂數(shù)據(jù)彈出。
    lua_replace(L,lua_upvalueindex(1));
    //lua_pushinteger(L,++value)中壓入的數(shù)據(jù)仍然保留在棧中并返回給Lua。
    return 1;
}

extern "C" int newCounter(lua_State* L)
{
    //壓入一個(gè)upvalue的初始值0，該函數(shù)必須先于lua_pushcclosure之前調(diào)用。
    lua_pushinteger(L,0);
    //壓入閉包函數(shù)，參數(shù)1表示該閉包函數(shù)的upvalue數(shù)量。該函數(shù)返回值，閉包函數(shù)始終位于棧頂。
    lua_pushcclosure(L,counter,1);
    return 1;
}

static luaL_Reg myfuncs[] = {
    {"counter", counter},
    {"newCounter", newCounter},
    {NULL, NULL}
};

extern "C" __declspec(dllexport)
int luaopen_testupvalue(lua_State* L)
{
luaL_register(L,"testupvalue",myfuncs);
return 1;
}

Lua測試代碼如下。

復(fù)制代碼代碼如下:

require "testupvalue"

func = testupvalue.newCounter();
print(func());
print(func());
print(func());

--[[ 輸出結(jié)果為：
1
2
3
1
2
3
--]]

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