Step By Step(userdata)
在Lua中可以通过自定义类型的方式与C语言代码更高效、更灵活的交互。这里我们通过一个简单完整的示例来学习一下Lua中userdata的使用方式。需要说明的是，该示例完全来自于Programming in Lua。其功能是用C程序实现一个Lua的布尔数组，以提供程序的执行效率。见下面的代码和关键性注释。
1 #include <lua.hpp> 2 #include <lauxlib.h> 3 #include <lualib.h> 4 #include <limits.h> 5 6 #define BITS_PER_WORD (CHAR_BIT * sizeof(int)) 7 #define I_WORD(i) ((unsigned int)(i))/BITS_PER_WORD 8 #define I_BIT(i) (1 << ((unsigned int)(i)%BITS_PER_WORD)) 9 10 typedef struct NumArray { 11 int size; 12 unsigned int values[1]; 13 } NumArray; 14 15 extern "C" int newArray(lua_State* L) 16 { 17 //1. 检查第一个参数是否为整型。以及该参数的值是否大于等于1. 18 int n = luaL_checkint(L,1); 19 luaL_argcheck(L, n >= 1, 1, "invalid size."); 20 size_t nbytes = sizeof(NumArray) + I_WORD(n - 1) * sizeof(int); 21 //2. 参数表示Lua为userdata分配的字节数。同时将分配后的userdata对象压入栈中。 22 NumArray* a = (NumArray*)lua_newuserdata(L,nbytes); 23 a->size = n; 24 for (int i = 0; i < I_WORD(n - 1); ++i) 25 a->values[i] = 0; 26 //获取注册表变量myarray，该key的值为metatable。 27 luaL_getmetatable(L,"myarray"); 28 //将userdata的元表设置为和myarray关联的table。同时将栈顶元素弹出。 29 lua_setmetatable(L,-2); 30 return 1; 31 } 32 33 extern "C" int setArray(lua_State* L) 34 { 35 //1. Lua传给该函数的第一个参数必须是userdata，该对象的元表也必须是注册表中和myarray关联的table。 36 //否则该函数报错并终止程序。 37 NumArray* a = (NumArray*)luaL_checkudata(L,1,"myarray"); 38 int index = luaL_checkint(L,2) - 1; 39 //2. 由于任何类型的数据都可以成为布尔值，因此这里使用any只是为了确保有3个参数。 40 luaL_checkany(L,3); 41 luaL_argcheck(L,a != NULL,1,"'array' expected."); 42 luaL_argcheck(L,0 <= index && index < a->size,2,"index out of range."); 43 if (lua_toboolean(L,3)) 44 a->values[I_WORD(index)] |= I_BIT(index); 45 else 46 a->values[I_WORD(index)] &= ~I_BIT(index); 47 return 0; 48 } 49 50 extern "C" int getArray(lua_State* L) 51 { 52 NumArray* a = (NumArray*)luaL_checkudata(L,1,"myarray"); 53 int index = luaL_checkint(L,2) - 1; 54 luaL_argcheck(L, a != NULL, 1, "'array' expected."); 55 luaL_argcheck(L, 0 <= index && index < a->size,2,"index out of range"); 56 lua_pushboolean(L,a->values[I_WORD(index)] & I_BIT(index)); 57 return 1; 58 } 59 60 extern "C" int getSize(lua_State* L) 61 { 62 NumArray* a = (NumArray*)luaL_checkudata(L,1,"myarray"); 63 luaL_argcheck(L,a != NULL,1,"'array' expected."); 64 lua_pushinteger(L,a->size); 65 return 1; 66 } 67 68 extern "C" int array2string(lua_State* L) 69 { 70 NumArray* a = (NumArray*)luaL_checkudata(L,1,"myarray"); 71 lua_pushfstring(L,"array(%d)",a->size); 72 return 1; 73 } 74 75 static luaL_Reg arraylib_f [] = { 76 {"new", newArray}, 77 {NULL, NULL} 78 }; 79 80 static luaL_Reg arraylib_m [] = { 81 {"set", setArray}, 82 {"get", getArray}, 83 {"size", getSize}, 84 {"__tostring", array2string}, //print(a)时Lua会调用该元方法。 85 {NULL, NULL} 86 }; 87 88 extern "C" __declspec(dllexport) 89 int luaopen_testuserdata(lua_State* L) 90 { 91 //1. 创建元表，并将该元表指定给newArray函数新创建的userdata。在Lua中userdata也是以table的身份表现的。 92 //这样在调用对象函数时，可以通过验证其metatable的名称来确定参数userdata是否合法。 93 luaL_newmetatable(L,"myarray"); 94 lua_pushvalue(L,-1); 95 //2. 为了实现面对对象的调用方式，需要将元表的__index字段指向自身，同时再将arraylib_m数组中的函数注册到 96 //元表中，之后基于这些注册函数的调用就可以以面向对象的形式调用了。 97 //lua_setfield在执行后会将栈顶的table弹出。 98 lua_setfield(L,-2,"__index"); 99 //将这些成员函数注册给元表，以保证Lua在寻找方法时可以定位。NULL参数表示将用栈顶的table代替第二个参数。 100 luaL_register(L,NULL,arraylib_m); 101 //这里只注册的工厂方法。 102 luaL_register(L,"testuserdata",arraylib_f); 103 return 1; 104 }
轻量级userdata：
之前介绍的是full userdata，Lua还提供了另一种轻量级userdata(light userdata)。事实上，轻量级userdata仅仅表示的是C指针的值，即(void*)。由于它只是一个值，所以不用创建。如果需要将一个轻量级userdata放入栈中，调用lua_pushlightuserdata即可。full userdata和light userdata之间最大的区别来自于相等性判断，对于一个full userdata，它只是与自身相等，而light userdata则表示为一个C指针，因此，它与所有表示同一指针的light userdata相等。再有就是light userdata不会受到垃圾收集器的管理，使用时就像一个普通的整型数字一样。