Lua调用C的动态库步骤及接口分析

Lua调用C的动态库

C语言可以完成一些lua不好实现的功能，当程序主体使用lua完成时，便需要掌握该技巧调用C来帮助我们达到目的，通过调用C的动态库简化操作流程。

大致流程如下：

1. 使用C语言编写方法提供给lua调用
2. 将C文件打包成动态库
3. lua导入动态库，直接调用里面的函数

准备工作

确保系统安装lua5.4版本。
首先在目录下创建一个func.c文件和一个call.lua文件，Makefile文件可有可无，主要方便后面编译动态库可以直接使用make。

使用C语言编写方法

编写需要加入头文件，如下：

#include     	// Lua基础函数库，提供lua_前缀函数
#include     // 辅助库（可以不加），luaL_前缀函数，利用lua.h实现的更高层的抽象

最重要的是定义一个类似main的主函数：luaopen_*函数，在其中注册所要添加方法

• 在luaopen_func中注册一个函数add，此后lua导入后可以直接通过add调用该函数。
• 函数返回值必须是int类型，返回值是返回参数的个数。
• 函数中固定使用参数lua_State，传入参数和返回参数都需要它。

#include 
#include 

// 注意，提供给lua调用的方法必须是static int类型的函数
// 返回值表示该函数返回值的个数
// 函数返回值通过lua_push放入堆栈中
static int add(lua_State *L)
{
    printf("C -- add:\n");
    // 解析参数
    int a = lua_tonumber(L, 1);
    int b = lua_tonumber(L, 2);
    printf("a is %d\nb is %d\n", a, b);
    // 返回给lua的值
    lua_pushnumber(L, a + b);
    return 1;
}

int luaopen_func(lua_State *L)
{
    // 注册方法提供调用，前面是调用名称，后面是调用处理函数
    lua_register(L, "add", add);
    return 0;
}

需要注意的地方：

• 如例子中使用的是luaopen_func，func就是我们之后在lua中导入的库名称，即require “func”，如果这个名字带有下划线如luaopen_func_test，那么lua中导入方法为require “func.test”。

将C文件打包成动态库

可以使用命令直接打包，也可以写进makefile中，方便之后同时打包多个动态库

• 使用一条命令打包单个动态库gcc func.c -o func.so -fPIC -shared，注意func.so命名跟luaopen_后面的命名有关，并不是跟func.c文件名有关。
• 使用makefile文件

CC := gcc
SRCS := $(wildcard *.c)
TARGETS := $(patsubst %.c, %.so, $(SRCS))
CFLAGS := -fPIC -shared

.PHONY: all clean

all: $(TARGETS)

$(TARGETS):%.so:%.c
    $(CC) $< -o $@ $(CFLAGS)

clean:
    rm -rf $(TARGETS)

打包后如下图

lua文件中导入动态库并调用其中函数

在同级的call.lua中编写以下代码，直接调用func.so中的函数add

m=require('func')
print("require result:")
print(m)

local a, b = 3, 4
local res = add(a,b)
print("res : " .. res)

运行结果如下：

以上演示的是简单的单个返回值例子，如果有多个不同类型的返回值该如何去执行呢？

多个返回值方法编写示例

注册一个judge方法，传入name和age和now_year，判断出生年份，返回name+出生年份。
在func.c文件中增加一个judge函数，如下

static int judge(lua_State *L)
{
    // 解析参数
    const char *name = lua_tolstring(L, 1, NULL);
    int age = lua_tonumber(L, 2);
    int now_year = lua_tonumber(L, 3);

    int born_year = now_year - age;

    lua_pushstring(L, name);
    lua_pushnumber(L, born_year);
    // 返回2表示该函数有两个返回值
    return 2;
}

// 同时需要在主函数中注册judge方法提供调用
int luaopen_func(lua_State *L)
{
    // 注册方法提供调用，前面是调用名称，后面是调用处理方法
    lua_register(L, "add", add);
    lua_register(L, "judge", judge);
    return 0;
}

在call.lua中添加响应的调用语句

local name, age, now_year = "glh", 22, 2022
local newname, born_year = judge(name, age, now_year)
print("newname : " .. newname)
print("born_year : " .. born_year)

运行结果如下：

常用的lua接口

获取函数传入参数

int             (lua_isnumber) (lua_State *L, int idx);    // 判断传入参数是不是数字
int             (lua_isstring) (lua_State *L, int idx);    // 判断传入参数是不是字符串
int             (lua_iscfunction) (lua_State *L, int idx);    // 判断传入参数是不是函数
int             (lua_isuserdata) (lua_State *L, int idx);    // 判断传入参数是不是table？
int             (lua_type) (lua_State *L, int idx);    // 
const char     *(lua_typename) (lua_State *L, int tp);    // 
 
int            (lua_equal) (lua_State *L, int idx1, int idx2);    // 判断传入参数是不是相等
int            (lua_rawequal) (lua_State *L, int idx1, int idx2);    // 
int            (lua_lessthan) (lua_State *L, int idx1, int idx2);    // 


lua_Number      (lua_tonumber) (lua_State *L, int idx);    // 获取传入的number参数
lua_Integer     (lua_tointeger) (lua_State *L, int idx);    // 获取传入的int参数
int             (lua_toboolean) (lua_State *L, int idx);    // 获取传入的bool参数
const char     *(lua_tolstring) (lua_State *L, int idx, size_t *len);    // 获取传入的string参数，注意是传长度地址！
size_t          (lua_objlen) (lua_State *L, int idx);
lua_CFunction   (lua_tocfunction) (lua_State *L, int idx);
void           *(lua_touserdata) (lua_State *L, int idx);
lua_State      *(lua_tothread) (lua_State *L, int idx);
const void     *(lua_topointer) (lua_State *L, int idx);

设置函数返回值

void  (lua_pushnil) (lua_State *L);
void  (lua_pushnumber) (lua_State *L, lua_Number n);
void  (lua_pushinteger) (lua_State *L, lua_Integer n);
void  (lua_pushlstring) (lua_State *L, const char *s, size_t l);
void  (lua_pushstring) (lua_State *L, const char *s);
const char *(lua_pushvfstring) (lua_State *L, const char *fmt, va_list argp);
const char *(lua_pushfstring) (lua_State *L, const char *fmt, ...);
void  (lua_pushcclosure) (lua_State *L, lua_CFunction fn, int n);
void  (lua_pushboolean) (lua_State *L, int b);
void  (lua_pushlightuserdata) (lua_State *L, void *p);
int   (lua_pushthread) (lua_State *L);

这边只举了一些常用的获取参数和设置返回值的方法，更多详细方法可以参考/usr/include/lua/lua.h头文件。

本文只简单分析了lua.h包含的一些接口并且成功执行调用，更深入的用法可以使用lauxlib.h，此处不多做介绍。