為了實現Lua和其他語言之間的通信，Lua虛擬機為C\C++提供了兩個特性：
一，Lua_State狀態機
lua_State主要是管理一個lua虛擬機的執行環境, 一個lua虛擬機可以有多個執行環境。Lua虛擬機通過維護這樣一個虛擬棧來實現兩種之間的通信，lua_State定義如下：
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struct lua_State { CommonHeader; lu_byte status; StkId top; /* first free slot in the stack */ global_State *l_G; CallInfo *ci; /* call info for current function */ const Instruction *oldpc; /* last pc traced */ StkId stack_last; /* last free slot in the stack */ StkId stack; /* stack base */ int stacksize; unsigned short nny; /* number of non-yieldable calls in stack */ unsigned short nCcalls; /* number of nested C calls */ lu_byte hookmask; lu_byte allowhook; int basehookcount; int hookcount; lua_Hook hook; GCObject *openupval; /* list of open upvalues in this stack */ GCObject *gclist; struct lua_longjmp *errorJmp; /* current error recover point */ ptrdiff_t errfunc; /* current error handling function (stack index) */ CallInfo base_ci; /* CallInfo for first level (C calling Lua) */}; |
1，虛擬棧的管理, 包括管理整個棧和當前函數使用的棧的情況
2，CallInfo的管理, 包括管理整個CallInfo數組和當前函數的CallInfo
3，hook相關的, 包括hookmask, hookcount, hook函數等
4，global_State是全局唯一的，存放多個lua_State之間的一些共享數據
5，gc的一些管理和當前棧中upvalue的管理
6，錯誤處理的支持等等
C\C++和Lua擁有不同的數據類型，要實現兩者之間的數據通信怎么辦？Lua虛擬機提供Lua_State這樣一種數據結構。任何一種數據從C\C++傳入Lua虛擬機中，Lua都會將這類數據轉換為一種通用的結構lua_TValue，并且將數據復制一份，將其壓入虛擬棧中。lua_TValue定義如下：
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struct lua_TValue { TValuefields;}; #define TValuefields \ union { struct { Value v__; int tt__; } i; double d__; } u union Value { GCObject *gc; /* collectable objects */ void *p; /* light userdata */ int b; /* booleans */ lua_CFunction f; /* light C functions */ numfield /* numbers */}; |
Lua有自己的GC，C\C++由自己申請和釋放內存，所以兩者之間的內存管理是獨立的。從C\C++中傳遞數據到Lua虛擬機會發生數據拷貝，從Lua虛擬機中傳遞出來是直接從虛擬棧中取值或者地址，所以數據從虛擬棧中pop之后，是否依然是有效引用需要額外注意。
二，C API
Lua腳本實現交互提供了一系列的C API，常用API有：
luaL_newstate函數用于初始化一個lua_State實例
luaL_openlibs函數用于打開Lua中的所有標準庫，如io庫、string庫等。
luaL_loadbuffer編譯了buff中的Lua代碼，如果沒有錯誤，則返回0，同時將編譯后的程序塊壓入虛擬棧中。
lua_pcall函數會將程序塊從棧中彈出，并在保護模式下運行該程序塊。執行成功返回0，否則將錯誤信息壓入棧中。
lua_tostring函數中的-1，表示棧頂的索引值，棧底的索引值為1，以此類推。該函數將返回棧頂的錯誤信息，但是不會將其從棧中彈出。
lua_pop是一個宏，用于從虛擬棧中彈出指定數量的元素，這里的1表示僅彈出棧頂的元素。
lua_close用于釋放狀態指針所引用的資源。
入棧操作：
Lua針對每種C類型，都有一個C API函數與之對應，如：
void lua_pushnil(lua_State* L); --nil值
void lua_pushboolean(lua_State* L, int b); --布爾值
void lua_pushnumber(lua_State* L, lua_Number n); --浮點數
void lua_pushinteger(lua_State* L, lua_Integer n); --整型
void lua_pushlstring(lua_State* L, const char* s, size_t len); --指定長度的內存數據
void lua_pushstring(lua_State* L, const char* s); --以零結尾的字符串，其長度可由strlen得出。
出棧操作：
API使用“索引”來引用棧中的元素，第一個壓入棧的為1，第二個為2，依此類推。我們也可以使用負數作為索引值，其中-1表示為棧頂元素，-2為棧頂下面的元素，同樣依此類推。
Lua提供了一組特定的函數用于檢查返回元素的類型，如：
int lua_isboolean (lua_State *L, int index);
int lua_iscfunction (lua_State *L, int index);
int lua_isfunction (lua_State *L, int index);
int lua_isnil (lua_State *L, int index);
int lua_islightuserdata (lua_State *L, int index);
int lua_isnumber (lua_State *L, int index);
int lua_isstring (lua_State *L, int index);
int lua_istable (lua_State *L, int index);
int lua_isuserdata (lua_State *L, int index);
以上函數，成功返回1，否則返回0。需要特別指出的是，對于lua_isnumber而言，不會檢查值是否為數字類型，而是檢查值是否能轉換為數字類型。
如有任何疑問和建議，歡迎指出討論，謝謝~
