量子计算9 发表于 2022-11-9 15:06

xLua源码解析——C#调用Lua

概述

开始分析前，我们可以结合xLua的Tutorial->CSCallLua.cs看，C#调用Lua，主要分为以下4种情况：

[*]获取Lua的number、string、boolean
[*]获取原来在C#实例化的对象。
[*]获取table，映射为LuaTable、类、接口、数组、泛型List或者Dictionary。
[*]获取function，映射为LuaFunction、Delegate（包括Action、Func等）。
调用流程

C#访问Lua，只能通过LuaEnv的Global入手，其中Global是LuaTable类型的全局表，例如：
luaenv.Global.Get<int>("a");
luaenv.Global.Get<string>("b")
luaenv.Global.Get<bool>("c")
所以要了解C#调用Lua，就先从LuaTable的TValue Get<TValue>(string key)开始。
下面的Get方法比较简单，就是把即将要访问的table和key先压入栈，并取出value放在栈上，并初步判断合法性。
public void Get<TKey, TValue>(TKey key, out TValue value)
{
#if THREAD_SAFE || HOTFIX_ENABLE
    lock (luaEnv.luaEnvLock)
    {
#endif
      var L = luaEnv.L;
      var translator = luaEnv.translator;
      int oldTop = LuaAPI.lua_gettop(L);
      LuaAPI.lua_getref(L, luaReference);// 压入引用的table,luaReference是lua全局引用表的索引值
      translator.PushByType(L, key);// 栈压入key

      if (0 != LuaAPI.xlua_pgettable(L, -2))// 调用：table
      {
            string err = LuaAPI.lua_tostring(L, -1);
            LuaAPI.lua_settop(L, oldTop);
            throw new Exception("get field [" + key + "] error:" + err);
      }

      LuaTypes lua_type = LuaAPI.lua_type(L, -1);
      Type type_of_value = typeof(TValue);
      if (lua_type == LuaTypes.LUA_TNIL && type_of_value.IsValueType())
      {
            // 取出了nil，但是要获取的是值类型
            throw new InvalidCastException("can not assign nil to " + type_of_value.GetFriendlyName());
      }

      try
      {
            translator.Get(L, -1, out value);// 真正去取值到value
      }
      catch (Exception e)
      {
            throw e;
      }
      finally
      {
            LuaAPI.lua_settop(L, oldTop);
      }
#if THREAD_SAFE || HOTFIX_ENABLE
    }
#endif
}
c函数xlua_pgettable，其实就是对lua_gettable的调用封装，有兴趣可以看看下面的源码。
static int c_lua_gettable(lua_State* L) {   
    lua_gettable(L, 1);   
    return 1;
}
LUA_API int xlua_pgettable(lua_State* L, int idx) {
    int top = lua_gettop(L);
    idx = lua_absindex(L, idx);
    lua_pushcfunction(L, c_lua_gettable);
    lua_pushvalue(L, idx);
    lua_pushvalue(L, top);
    lua_remove(L, top);
    return lua_pcall(L, 2, 1, 0);
}在上面取值后，就要进行转换了，转换逻辑在translator.Get(L, -1, out value);，先看源码：
// ObjectTranslator.Get
public void Get<T>(RealStatePtr L, int index, out T v)
{
    Func<RealStatePtr, int, T> get_func;
    // 获取配置好的转换函数（只有c#基础类型，例如int、float、string、byte等等）
    if (tryGetGetFuncByType(typeof(T), out get_func))
    {
      v = get_func(L, index);
    }
    else
    {
      v = (T)GetObject(L, index, typeof(T));
    }
}
tryGetGetFuncByType实际上就是最前面提到的情况1，获取Lua的基础类型，对应C#的基础类型，需要注意的是，转换函数都是通过c实现的，具体就不贴代码了。
重点看看其他类型的转换，在GetObject方法，主要在处理情况2，判断value是否是C#的实例。
public object GetObject(RealStatePtr L, int index, Type type)
{
    // 是否是c#引用类型的实例？
    // 参考《Lua调用C#》c#的实例创建都会在lua层记录实例在缓存列表的索引。
    int udata = LuaAPI.xlua_tocsobj_safe(L, index);
    if (udata != -1)
    {
      object obj = objects.Get(udata);// 从缓存取出实例
      RawObject rawObject = obj as RawObject;
      return rawObject == null ? obj : rawObject.Target;
    }
    else
    {
      if (LuaAPI.lua_type(L, index) == LuaTypes.LUA_TUSERDATA)
      {
            GetCSObject get;
            // 获取UserData的具体类型id
            int type_id = LuaAPI.xlua_gettypeid(L, index);
            // Decimal类型
            if (type_id != -1 && type_id == decimal_type_id){
                decimal d;
                Get(L, index, out d);
                return d;
            }
            // struct类型
            Type type_of_struct;
            if (type_id != -1
                && typeMap.TryGetValue(type_id, out type_of_struct)
                && type.IsAssignableFrom(type_of_struct)
                && custom_get_funcs.TryGetValue(type, out get))
            {
                return get(L, index);
            }
      }
      // 其他类型找转换函数并执行
      return (objectCasters.GetCaster(type)(L, index, null));
    }
}
如果看过《Lua调用C#》这一节的应该知道，C#的对象传入Lua，实际上传递的是C#侧缓存列表(objects)的索引，所以能取到索引，就能立刻得到C#的对象。这里先贴一下xlua_tocsobj_safe源码：
// 根据索引获取udata（udata是实例在c#侧缓存列表的索引值）
LUA_API int xlua_tocsobj_safe(lua_State *L,int index) {
    int *udata = (int *)lua_touserdata (L,index);// 根据索引取值，转换为userdata
    if (udata != NULL) {
      if (lua_getmetatable(L,index)) {// 获取userdata的metatable
            lua_pushlightuserdata(L, &tag);// 传入tag = 0
            lua_rawget(L,-2);// metatable
            if (!lua_isnil (L,-1)) { // metatable != nil 表示是c#的实例
                lua_pop (L, 2);// 弹出metatable和tag
                return *udata;
            }
            lua_pop (L, 2);
      }
    }
    return -1;
}如果没有索引，但是又是userdata类型，则可以看看是否是Decimal或者struct类型，因为struct是值类型，所以不会像类一样保存在缓存列表，这里注意custom_get_funcs列表，里面记录的是生成代码时候产生的类和struct的Get方法。
接下来看GetCaster方法，这个方法前半部分用于处理一些特殊的类型，获取最终要转换的类型，结合注释看：
public ObjectCast GetCaster(Type type)
{
    // 是否通过引用传递的类型，例如string[]的ElementType是string。
    if (type.IsByRef) type = type.GetElementType();
    // 例如：Nullable<Int32>，underlyingType = Int32
    Type underlyingType = Nullable.GetUnderlyingType(type);
    if (underlyingType != null)
    {
      return genNullableCaster(GetCaster(underlyingType));
    }
    ObjectCast oc;
    // 尝试获取基础的转换函数，列表包含c#的基础类型和LuaTable和LuaFunction。
    if (!castersMap.TryGetValue(type, out oc))
    {
      oc = genCaster(type);// 生成类型转换函数
      castersMap.Add(type, oc);
    }
    return oc;
}
上述的castersMap记录转换方法列表和前面tryGetGetFuncByType相比，只多了LuaFunction和LuaTable的转换方法，至于为什么会有重复的转换方法，这里我也没想明白。
不过可以看出上面方法处理情况3、4中的一部分，剩余的部分就到了最后的genCaster方法，这个方法比较长，主要就是类型的分类处理了，贴出源码方便大家看。
private ObjectCast genCaster(Type type)
{
    ObjectCast fixTypeGetter = (RealStatePtr L, int idx, object target) =>
    {
      if (LuaAPI.lua_type(L, idx) == LuaTypes.LUA_TUSERDATA)
      {
            object obj = translator.SafeGetCSObj(L, idx);
            return (obj != null && type.IsAssignableFrom(obj.GetType())) ? obj : null;
      }
      return null;
    };
    // 能否分配给Delegate
    if (typeof(Delegate).IsAssignableFrom(type))
    {
      return (RealStatePtr L, int idx, object target) =>
      {
            object obj = fixTypeGetter(L, idx, target);
            if (obj != null) return obj;

            if (!LuaAPI.lua_isfunction(L, idx))
            {
                return null;
            }

            return translator.CreateDelegateBridge(L, type, idx);
      };
    }
    else if (typeof(DelegateBridgeBase).IsAssignableFrom(type))
    {
      return (RealStatePtr L, int idx, object target) =>
      {
            object obj = fixTypeGetter(L, idx, target);
            if (obj != null) return obj;

            if (!LuaAPI.lua_isfunction(L, idx))
            {
                return null;
            }

            return translator.CreateDelegateBridge(L, null, idx);
      };
    }
    else if (type.IsInterface())
    {
      return (RealStatePtr L, int idx, object target) =>
      {
            object obj = fixTypeGetter(L, idx, target);
            if (obj != null) return obj;

            if (!LuaAPI.lua_istable(L, idx))
            {
                return null;
            }
            return translator.CreateInterfaceBridge(L, type, idx);
      };
    }
    else if (type.IsEnum())
    {
      return (RealStatePtr L, int idx, object target) =>
      {
            object obj = fixTypeGetter(L, idx, target);
            if (obj != null) return obj;

            LuaTypes lua_type = LuaAPI.lua_type(L, idx);
            if (lua_type == LuaTypes.LUA_TSTRING)
            {
                return Enum.Parse(type, LuaAPI.lua_tostring(L, idx));
            }
            else if (lua_type == LuaTypes.LUA_TNUMBER)
            {
                return Enum.ToObject(type, LuaAPI.xlua_tointeger(L, idx));
            }
            throw new InvalidCastException("invalid value for enum " + type);
      };
    }
    else if (type.IsArray)
    {
      return (RealStatePtr L, int idx, object target) =>
      {
            object obj = fixTypeGetter(L, idx, target);
            if (obj != null) return obj;

            if (!LuaAPI.lua_istable(L, idx))
            {
                return null;
            }

            uint len = LuaAPI.xlua_objlen(L, idx);
            int n = LuaAPI.lua_gettop(L);
            idx = idx > 0 ? idx : LuaAPI.lua_gettop(L) + idx + 1;// abs of index
            Type et = type.GetElementType();
            ObjectCast elementCaster = GetCaster(et);
            Array ary = target == null ? Array.CreateInstance(et, (int)len) : target as Array;
            if (!LuaAPI.lua_checkstack(L, 1))
            {
                throw new Exception("stack overflow while cast to Array");
            }
            for (int i = 0; i < len; ++i)
            {
                LuaAPI.lua_pushnumber(L, i + 1);
                LuaAPI.lua_rawget(L, idx);
                if (et.IsPrimitive())
                {
                  if (!StaticLuaCallbacks.TryPrimitiveArraySet(type, L, ary, i, n + 1))
                  {
                        ary.SetValue(elementCaster(L, n + 1, null), i);
                  }
                }
                else
                {
                  if (InternalGlobals.genTryArraySetPtr == null
                        || !InternalGlobals.genTryArraySetPtr(type, L, translator, ary, i, n + 1))
                  {
                        ary.SetValue(elementCaster(L, n + 1, null), i);
                  }
                }
                LuaAPI.lua_pop(L, 1);
            }
            return ary;
      };
    }
    else if (typeof(IList).IsAssignableFrom(type) && type.IsGenericType())
    {
      Type elementType = type.GetGenericArguments();
      ObjectCast elementCaster = GetCaster(elementType);

      return (RealStatePtr L, int idx, object target) =>
      {
            object obj = fixTypeGetter(L, idx, target);
            if (obj != null) return obj;

            if (!LuaAPI.lua_istable(L, idx))
            {
                return null;
            }

            obj = target == null ? Activator.CreateInstance(type) : target;
            int n = LuaAPI.lua_gettop(L);
            idx = idx > 0 ? idx : LuaAPI.lua_gettop(L) + idx + 1;// abs of index
            IList list = obj as IList;


            uint len = LuaAPI.xlua_objlen(L, idx);
            if (!LuaAPI.lua_checkstack(L, 1))
            {
                throw new Exception("stack overflow while cast to IList");
            }
            for (int i = 0; i < len; ++i)
            {
                LuaAPI.lua_pushnumber(L, i + 1);
                LuaAPI.lua_rawget(L, idx);
                if (i < list.Count && target != null)
                {
                  if (translator.Assignable(L, n + 1, elementType))
                  {
                        list = elementCaster(L, n + 1, list); ;
                  }
                }
                else
                {
                  if (translator.Assignable(L, n + 1, elementType))
                  {
                        list.Add(elementCaster(L, n + 1, null));
                  }
                }
                LuaAPI.lua_pop(L, 1);
            }
            return obj;
      };
    }
    else if (typeof(IDictionary).IsAssignableFrom(type) && type.IsGenericType())
    {
      Type keyType = type.GetGenericArguments();
      ObjectCast keyCaster = GetCaster(keyType);
      Type valueType = type.GetGenericArguments();
      ObjectCast valueCaster = GetCaster(valueType);

      return (RealStatePtr L, int idx, object target) =>
      {
            object obj = fixTypeGetter(L, idx, target);
            if (obj != null) return obj;

            if (!LuaAPI.lua_istable(L, idx))
            {
                return null;
            }

            IDictionary dic = (target == null ? Activator.CreateInstance(type) : target) as IDictionary;
            int n = LuaAPI.lua_gettop(L);
            idx = idx > 0 ? idx : LuaAPI.lua_gettop(L) + idx + 1;// abs of index

            LuaAPI.lua_pushnil(L);
            if (!LuaAPI.lua_checkstack(L, 1))
            {
                throw new Exception("stack overflow while cast to IDictionary");
            }
            while (LuaAPI.lua_next(L, idx) != 0)
            {
                if (translator.Assignable(L, n + 1, keyType) && translator.Assignable(L, n + 2, valueType))
                {
                  object k = keyCaster(L, n + 1, null);
                  dic = valueCaster(L, n + 2, !dic.Contains(k) ? null : dic);
                }
                LuaAPI.lua_pop(L, 1); // removes value, keeps key for next iteration
            }
            return dic;
      };
    }
    else if ((type.IsClass() && type.GetConstructor(System.Type.EmptyTypes) != null) || (type.IsValueType() && !type.IsEnum())) //class has default construtor
    {
      return (RealStatePtr L, int idx, object target) =>
      {
            object obj = fixTypeGetter(L, idx, target);
            if (obj != null) return obj;

            if (!LuaAPI.lua_istable(L, idx))
            {
                return null;
            }

            obj = target == null ? Activator.CreateInstance(type) : target;

            int n = LuaAPI.lua_gettop(L);
            idx = idx > 0 ? idx : LuaAPI.lua_gettop(L) + idx + 1;// abs of index
            if (!LuaAPI.lua_checkstack(L, 1))
            {
                throw new Exception("stack overflow while cast to " + type);
            }
            foreach (FieldInfo field in type.GetFields())
            {
                LuaAPI.xlua_pushasciistring(L, field.Name);
                LuaAPI.lua_rawget(L, idx);
                if (!LuaAPI.lua_isnil(L, -1))
                {
                  try
                  {
                        field.SetValue(obj, GetCaster(field.FieldType)(L, n + 1,
                              target == null || field.FieldType.IsPrimitive() || field.FieldType == typeof(string) ? null : field.GetValue(obj)));
                  }
                  catch (Exception e)
                  {
                        throw new Exception("exception in tran " + field.Name + ", msg=" + e.Message);
                  }
                }
                LuaAPI.lua_pop(L, 1);
            }

            return obj;
      };
    }
    else
    {
      return fixTypeGetter;
    }
}
这里以table转C#类为例，实际上就是枚举C#类属性，根据属性名取出table的值，根据类型进行转换并赋值。其他就不再赘述。
至此整个C#访问Lua流程就已经结束了。
总结

C#访问Lua，只能通过LuaTable的Get方法访问，关键技术点：

[*]实例化LuaTable时，会将栈顶的tabel加入到引用表的下一个空闲位置，并返回索引，LuaTable通过持有索引来与table产生映射。
[*]通过LuaTable.Get方法传入key取出值放入lua栈顶，根据这个值类型：
[*]如果类型本来就是C#实例，则直接通过UserData记录的C#侧缓存表的索引值取出实例。
[*]其他则获取转换函数并调用获取最终C#需要的值。

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