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lua调用C/C++的方法详解

作者:luofengmacheng

lua是脚本语言,优点是门槛低,可以热更新,缺点当然就是性能,C/C++是编译型语言,有点是性能高,但是相对的,门槛高,lua语言本身就是用C实现的,而且,可以将很多能力封装成lua的接口供lua调用,本文将给大家介绍lua如何调用C/C++,需要的朋友可以参考下

1 lua vs C/C++

lua是脚本语言,优点是门槛低,可以热更新,缺点当然就是性能。C/C++是编译型语言,有点是性能高,但是相对的,门槛高,技术不好的人写的代码可能还没有lua的性能高,容易出现core,不能热更新。

不过,lua语言本身就是用C实现的,而且,可以将很多能力封装成lua的接口供lua调用。

2 C/C++如何给lua提供接口

查看一个lua模块的源代码会发现,lua模块的实现中既包含lua代码,也包含C代码,其中,C代码的主要逻辑就是获取参数,调用系统调用,返回值,C代码会编译为so供lua调用,而lua代码就是将C代码提供的一些接口进行再封装,以便在lua中更好用,更简单,然后再通过lua代码对外提供接口。因此,这么看起来,通过lua调用C函数,重要的就是在C中如何获取参数以及如何返回值。

下面的说明以linotify项目进行说明。

2.1 lua模块的查找

当在lua里面通过require(“inotify”)时,lua怎么知道去哪里查找inotify模块呢?此时,inotify模块是个lua脚本还是个so呢?

跟其他脚本语言类似,lua中也是通过变量来控制模块的查找的,其中package.path是搜索lua模块的路径,package.cpath是搜索so模块的路径,先查找lua模块,再查找so模块。

通过上面这种方式,在当前目录找到了inotify.so。

2.2 so的入口

要调用inotify.so中的函数,肯定还是要用动态库的函数:dlopen、dlsym。例如,当调用require(“inotify”)时,如果没有导入inotify.so,则调用dlopen加载inotify.so库,

当在lua中调用local wd = handle:addwatch('/home/rob/', inotify.IN_CREATE, inotify.IN_MOVE)时,会调用handle_add_watch()函数。

2.3 参数获取

lua和C之间是通过栈进行交互的,当调用C函数时,C函数的第一个参数是lua_State的指针,可以将它理解为lua的一个状态机。

如果要调用函数,第一步就是参数的获取,lua会将参数放到栈中,因此,inotify.so中的函数可以获取栈中的数据得到参数:

    fd = get_inotify_handle(L, 1);
    path = luaL_checkstring(L, 2);
    top = lua_gettop(L);
    for (i = 3; i <= top; i++) {
        mask |= (uint32_t)luaL_checkinteger(L, i);
    }

get_inotify_handle()获取栈中的第1个参数,luaL_checkstring(L, 2)获取栈中的第2个参数,且第2个参数是个字符串,然后通过lua_gettop(L)获取所有的参数的个数,再用for循环将剩余的参数通过位或放到mask变量。通过这种方式就分别得到了addwatch()的三个参数。

然后再调用inotify的inotify_add_watch()完成实际的逻辑。

2.4 返回值

当具体的业务逻辑完成后,就需要将返回值传给lua,依旧是通过入栈的方式。

在这里,调用完inotify_add_watch()就得到某个监听操作的描述符,也需要将这个描述符返回,如果操作成功,调用lua_pushinteger(L, wd)将wd返回,如果操作失败,则返回3个值:

static int handle_error(lua_State *L)
{
    lua_pushnil(L);
    lua_pushstring(L, strerror(errno));
    lua_pushinteger(L, errno);
    return 3;
}

第1个是nil,第2个是错误信息,第3个是错误码。

因此,在lua中可以这样来调用:

local wd, err_info, errno = handle:addwatch('/home/rob/', inotify.IN_CREATE, inotify.IN_MOVE)
if wd == nil then
    print("ERROR=", err_info)
end

同时还需要注意handle_add_watch()函数的返回值,返回值表明了lua中函数返回值的个数。例如这里,成功时,只返回描述符,因此,函数返回值是1,失败时,多了额外的错误信息,因此,函数返回值是3。

2.5 一个小的demo

有了上面的了解,可以实现我们的一个小小的demo。

假设我们要实现一个加法操作,实际的加法操作在C中完成,然后在lua中调用。

#include <lua.h>
#include <lauxlib.h>
static int handle_add(lua_State *L) {
	int a, b, c;
	a = luaL_checkinteger(L, 1);
	b = luaL_checkinteger(L, 2);
	c = a + b;
	lua_pushinteger(L, c);
	return 1;
}
static luaL_Reg funcs[] = {
	{"add", handle_add},
	{NULL, NULL}
};
int luaopen_demo(lua_State *L) {
	lua_createtable(L, 0, sizeof(funcs)/sizeof(luaL_Reg) - 1);
	luaL_setfuncs(L, funcs, 0);
	return 1;
}

那这里的入口函数就是luaopen_demo(),里面就调用了两个函数,先调用lua_createtable创建

将上面的代码编译为so:

gcc demo.c -fPIC -shared -o demo.so

lua中调用:

local demo = require("demo")
print(demo.add(2, 3))

3 lua FFI

lua C API实现lua的模块使用的是虚拟栈的方式,实现起来太过麻烦,用户需要使用一种新的接口(C API)和模式(虚拟栈)实现,而使用FFI机制,就可以在lua中直接调用C函数。

3.1 一个小例子

local ffi = require("ffi")
ffi.cdef[[
int printf(const char*fmt, ...);
]]
ffi.C.printf("hello %s", "world");

首先加载ffi模块,然后使用cdef添加C函数的声明,有点类似于C语言中的头文件,然后就可以调用ffi.C中的printf函数。然后就可以使用luajit编译:luajit hell.lua

3.2 调用so

上面的例子是调用C标准库中的函数,如果需要调用其他的so文件呢?

// libtest.c
#include <stdio.h>
int show(char *str) {
	int ret = 0;
	if(str == NULL) {
		ret = -1;
	} else {
		printf("input: %s\n", str);
	}
	return ret;
}
# 将上述代码编译为so
gcc -shared -fPIC libtest.c -o libtest.so

然后就可以在lua中调用:

local ffi = require("ffi")
-- 加载libtest.so
local myffi = ffi.load("test")
-- 声明函数原型
ffi.cdef[[
int show(char *str);
]]
local str1 = "hello"
-- 将字符串类型转换为char*
local str2 = ffi.cast("char *",str1)
-- 调用libtest.so中的show函数
print(myffi.show(str2))

4 C API vs FFI

FFI相比C API最大的优势就是比较好理解,性能高,但是使用FFI也存在一些兼容性的问题;而C API由于是官方提供的接口,在稳定性方面还是很好的。

5 参考文档

以上就是lua调用C/C++的方法详解的详细内容,更多关于lua调用C/C++的资料请关注脚本之家其它相关文章!

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