UnLua解析（一）Object绑定lua
UnLua解析（一）Object绑定lua
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简介
UnLua是腾讯GCloud推出的lua组件，可以为UE4赋予luab脚本开发能力。目前已开源，地址为：https://github.com/Tencent/UnLua
本文作为UnLua分析的第一部分，将介绍Object创建后与lua的绑定过程，这可以作为理解UnLua的第一步，其中也包含了Class注册与Function覆盖等内容，这些是Object绑定的基础条件。
UnLuaInterface
UnLua插件比较干净，接入UnLua，蓝图只需实现GetModuleName函数即可，这个函数返回一个lua文件的路径，路径相对于'Content/Script'。
比如Weapon/BP_DefaultProjectile_C.lua就是"Weapon.BP_DefaultProjectile_C"
GetModuleName函数声明在UnLuaInterface中，可以用蓝图配置，也可以用C++类实现，UE中的类通过UnLuaInterface与lua进行关联。
UObject和lua绑定
UnLua中Object绑定lua非常早，早到UObject刚创建时就绑定了。
FLuaContext实现FUObjectArray::FUObjectCreateListener接口，每当有UObjectBase创建时，会通过NotifyUObjectCreated收到通知。更深入了解一步，我们知道UObjectBase创建时，会在全局GUObjectArray数组中加入一个元素，正是在这里发送的NotifyUObjectCreated通知。NotifyUObjectCreated中做的主要工作就是绑定lua，可以看FLuaContext::TryToBindLua函数。
首先做Editor中的判断，可见Editor中创建的UObject会直接略过，PIE中的才行。
#if WITH_EDITOR
if (GIsEditor && !bIsPIE)
{
return false;
}
#endif
对于一个UObject，首先需要判断它是否为CDO或ArchetypeObject，我们不需要为CDO和模板对象绑定lua。还要过滤掉UClass和UPackage，这些对象都不需要绑定lua。
绑定有两种方式，静态绑定和动态绑定，可以简单理解为如果该类实现了UnLuaInterface接口，就使用静态绑定；如果使用Lua中的"SpawnActor"或"NewObject"接口创建对象，就能在参数中指定ModuleName，之后使用动态绑定，可以使一个没有继承UnLuaInterface的类也可以使用lua扩展功能。
静态绑定
先看静态绑定，个人觉得静态绑定会更广泛。如果该类实现了UnLuaInterface，就走静态绑定。
首先，通过在CDO上调用ProcessEvent，实现调用GetModuleName方法，得到ModuleName。然后使用UUnLuaManager::Bind()函数进行绑定。
- 注册Class
绑定第一步为注册该UClass，由RegisterClass()方法实现，需要创建一个重要数据结构FClassDesc，它储存了一些元信息，用于描述一个UClass/Ustruct/UEnum。
根据UStruct，ClassName信息创建FClassDesc，然后更新TMap
之后还要获取当前UStruct的所有父类，把这些父类都注册一遍，创建父类的FClassDesc。
以UClass为例，FClassDesc创建时，首先会设置关于UClass的基本信息，比如Name,Type,Size等。然后把该UClass实现的所有UInterface也通过RegisterClass注册一遍。之后再初始化该类的FunctionCollection数据结构，该数据结构用于lua调用C++函数时默认参数自动填充。
设置元表
注册Class时有一个重要的步骤，就是设置Class对应的元表信息，这样之后lua table就可以访问Uobject的属性和方法了。
- UClass绑定Lua module （关键）
接着UnLua会在lua中找到我们定义的lua Module，使用GetFunctionList方法得到Module中定义的所有lua方法名。遍历也会包括Module的所有父类。得到的结果存储于 TMap
然后遍历刚刚得到的所有lua函数，从中找出lua覆写C++UFunction的函数，目前包括"BlueprintEvent"和"RepNotifyFunc"，也就是说，蓝图中无法覆写的RepNotify函数，在UnLua中可以直接覆写。
接下来是关键的”hook“这些C++中要被覆写的UFunction。
首先，需要判断这个UFunction是这个UClass的还是它父类的，是UClass的则替换UFunction，是父类的则添加UFunction。
子类添加Ufunction
void UUnLuaManager::AddFunction(UFunction *TemplateFunction, UClass *OuterClass, FName NewFuncName)
{
UFunction *Func = OuterClass->FindFunctionByName(NewFuncName, EIncludeSuperFlag::ExcludeSuper);
if (!Func)
{
UFunction *NewFunc = DuplicateUFunction(TemplateFunction, OuterClass, NewFuncName); // duplicate a UFunction
if (!NewFunc->HasAnyFunctionFlags(FUNC_Native) && NewFunc->Script.Num() > 0)
{
NewFunc->Script.Empty(3); // insert opcodes for non-native UFunction only
}
OverrideUFunction(NewFunc, (FNativeFuncPtr)&FLuaInvoker::execCallLua, GReflectionRegistry.RegisterFunction(NewFunc)); // replace thunk function and insert opcodes
TArray &DuplicatedFuncs = DuplicatedFunctions.FindOrAdd(OuterClass);
DuplicatedFuncs.AddUnique(NewFunc);
#if ENABLE_CALL_OVERRIDDEN_FUNCTION
GReflectionRegistry.AddOverriddenFunction(NewFunc, TemplateFunction);
#endif
}
} UnLua先把要覆写的UFunction作为TemplateFunction，新建了NewFunction。新建NewFunction通过DuplicateUFunction函数完成，会把TemplateFunction的Property逐个复制过去，然后Class把NewFunction添加到自己的FuncMap中，以后就能访问了。
接下来会把NewFunc的字节码清空，这就意味之后该TemplateFunction对应的蓝图逻辑执行不到了。
再看下面GReflectionRegistry.RegisterFunction函数调用，从名称就能看出，是在注册UFunction。类似UClass，UnLua也会对UFunction进行注册，并创建FFunctionDesc作为描述数据。FFunctionDesc数据结构也很重要，它可以作为UFunction和LuaFunction之间的桥梁，Function指向UFunction，FunctionRef指向lua中的函数，还存有函数名，函数默认参数等信息。将来分析函数调用时会对它做详细介绍。所有UFunction注册信息位于GReflectionRegistry的Functions容器中。
UFunction逻辑覆盖
创建完NewFunction并注册后，需要进行UFunction覆盖操作了，这一步也是UnLua中很重要的一点，可见OverrideUFunction函数，添加UFunction时bInsertOpcodes为true，即总是添加字节码。
/**
* 1. Replace thunk function
* 2. Insert special opcodes if necessary
*/
void OverrideUFunction(UFunction *Function, FNativeFuncPtr NativeFunc, void *Userdata, bool bInsertOpcodes)
{
Function->SetNativeFunc(NativeFunc);
if (Function->Script.Num() < 1)
{
if (bInsertOpcodes)
{
Function->Script.Add(EX_CallLua);
int32 Index = Function->Script.AddZeroed(sizeof(Userdata));
FMemory::Memcpy(Function->Script.GetData() + Index, &Userdata, sizeof(Userdata));
Function->Script.Add(EX_Return);
Function->Script.Add(EX_Nothing);
}
else
{
int32 Index = Function->Script.AddZeroed(sizeof(Userdata));
FMemory::Memcpy(Function->Script.GetData() + Index, &Userdata, sizeof(Userdata));
}
}
}
这里会把UFunction的C++函数指针和蓝图字节码调用函数都指向FLuaInvoker::execCallLua函数，这样不管调用纯C++的RepNotify，还是blueprintevent，都能调用到execCallLua函数。在这里UnLua专门添加了一个字节码EX_CallLua，execCallLua则被声明为实现该字节码的函数，同时也能作为普通C++函数使用，可谓一举两得。execCallLua函数功能就和名字一样，用于调用覆写的lua函数，细节之后介绍。这里可以发现UnLua在SHIPPING版本中会把FFunctionDesc直接拷贝到字节码中作为数据，非SHIPPING版本需要在execCallLua中根据UFunction去GReflectionRegistry.RegisterFunction找FFunctionDesc，应该是为了在SHIPPING版本中加快运行速度，用空间换时间的思想。
子类替换Ufunction
/**
* Replace thunk function and insert opcodes
*/
void UUnLuaManager::ReplaceFunction(UFunction *TemplateFunction, UClass *OuterClass)
{
FNativeFuncPtr *NativePtr = CachedNatives.Find(TemplateFunction);
if (!NativePtr)
{
#if ENABLE_CALL_OVERRIDDEN_FUNCTION
FName NewFuncName(*FString::Printf(TEXT("%s%s"), *TemplateFunction->GetName(), TEXT("Copy")));
UFunction *NewFunc = DuplicateUFunction(TemplateFunction, OuterClass, NewFuncName);
GReflectionRegistry.AddOverriddenFunction(TemplateFunction, NewFunc);
#endif
CachedNatives.Add(TemplateFunction, TemplateFunction->GetNativeFunc());
if (!TemplateFunction->HasAnyFunctionFlags(FUNC_Native) && TemplateFunction->Script.Num() > 0)
{
CachedScripts.Add(TemplateFunction, TemplateFunction->Script);
TemplateFunction->Script.Empty(3);
}
OverrideUFunction(TemplateFunction, (FNativeFuncPtr)&FLuaInvoker::execCallLua, GReflectionRegistry.RegisterFunction(TemplateFunction));
}
}如果要lua要覆盖的UFunction就在子类中，则需要替换该UFunction的逻辑，不能再创建同名函数了。
首先会拷贝一个名称加上"Copy"后缀的NewFunc，NewFunc作为原UFunction的备份。然后把它们加到TMap
接着如果原UFunction有NativeFunc指针和字节码，就把它保存到CachedNatives容器和CachedScripts中做记录，用于以后恢复UFunction。毕竟在直接修改UFunction实例，在Editor中PIE结束不恢复，会导致UFunction内存坏掉。
保存信息后，就可以使用和上面相同的UFunction逻辑覆盖步骤，修改NativeFunc指针和字节码了，只不过这次直接操作的原UFunction。
- 创建UObject对应的luatable
首先需要创建一个lua table，把它称为"INSTANCE"。
然后创建一个userdata，类型为void*，其中存储了UObject的指针，并且把该userdata类型设置为twolevel_ptr。我们之前注册Class时已经在lua中创建了该Class关联的metatable，于是可以把刚创建的userdata的metatable设置上，这个userdata就能和UE对象系统相关联了。我们把该userdata称为"RAW_OBJECT"
创建并初始化好userdata后，会在lua table上创建名为"Object"的属性，值就是userdata，即INSTANCET.Object = RAW_UOBJECT。这样luatable就与UObject产生了关联。
接着，获取到Class对应的Module，就是GetModuleName()函数返回名称对应的Module，为Module创建"Overridden"属性，值为RAW_OBJECT的metatable。我们把该Module称为"REQUIRED_MODULE"。然后把REQUIRED_MODULE的metatable也设置为RAW_OBJECT的metatable。
处理完Module后，就可以把INSTANCE的metatable设置为REQUIRED_MODULE了。
这个流程有些复杂，光看文字叙述不太直接，下图详细展示了UObject和luatable的关系，以及如何产生联系的，主要方式就是metatable设置。
创建完lua table后，UnLua会在GObjectReferencer中记录该Object，从而对该Object添加引用。然后在AttachedObjects中记录Object与lua table的对应关系。
如果创建的是Actor，需要额外在AttachedActors中添加记录。在Actor被删除时会从AttachedActors里删除记录。
然后，会检查lua中是否有Initialize函数，lua中可以实现该函数做一些初始化工作，如果有就会调用。
动态绑定
如果在lua中使用"NewObject"和"SpawnActor"，我们可以选择指定提供ModuleName，这样UnLua可以在运行时把一个UObject和ModuleName关联起来，因此称为“动态”。
UObject与ModuleName关联
以在lua中SpawnActor为例，我们看下UObject如何关联ModuleName。SpawnActor实现函数为Uworld_SpawnActor，有如下代码：
FScopedLuaDynamicBinding Binding(L, Class, ANSI_TO_TCHAR(ModuleName), TableRef);
AActor *NewActor = World->SpawnActor(Class, &Transform, SpawnParameters);
UnLua::PushUObject(L, NewActor);可以看到，在创建Actor之前，创建了一个FScopedLuaDynamicBinding对象，会传入Class，ModuleName，可选的InitializerTable参数。
FScopedLuaDynamicBinding::FScopedLuaDynamicBinding(lua_State *InL, UClass *Class, const TCHAR *ModuleName, int32 InitializerTableRef)
: L(InL), bValid(false)
{
if (L)
{
bValid = GLuaDynamicBinding.Setup(Class, ModuleName, InitializerTableRef);
}
}接着看其构造函数，构造函数中会使用全局的GLuaDynamicBinding对象进行设置。
bool FLuaDynamicBinding::Setup(UClass *InClass, const TCHAR *InModuleName, int32 InInitializerTableRef)
{
if (!InClass || (Class && Class != InClass) || (ModuleName.Len() > 0 && ModuleName != InModuleName) || (!InModuleName && InInitializerTableRef == INDEX_NONE))
{
return false;
}
Class = InClass;
ModuleName = InModuleName;
InitializerTableRef = InInitializerTableRef;
return true;
}看下Setup函数，主要工作还是设置一下自己的Class等对象属性。这样在Object创建后，执行TryToBindLua时，就会知道这个对象的ModuleName已经记录，可以动态绑定。
当然，从FScopedLuaDynamicBinding类的名称就可以推测，它只会在这个作用域有效，观察一下它的析构函数，会发现在其中做了GLuaDynamicBinding的清理，因此动态绑定只会对这个对象有效。
动态绑定剩下的流程与静态绑定相同，都是注册Class，绑定lua module，替换UFunction等。
编辑于 02-27