一 概述
在 Lua 中使用 userdata 表示 C 中的复杂数据类型（其实是一块内存区域），对于 uerdata 没有预定义的操作。light userdata 表示指针类型数据，并不需要创建（它是指针值），同时，light userdata 不被 gc 管理。ligth userdata 的主要用途是用户自己管理内存，避免 gc 管理内存。
二 使用 userdata 实现数组
在 lua 中使用 table 作为数组，在数组变大时会耗费非常多的内存，使用 userdata 能够降低内存使用。userdata 可以有 metatable，对 userdata 类型进行识别（判断 C 类型是否正确）增加元方法。
1. 示例代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include "lua.h"
#include "lauxlib.h"
#include "lualib.h"
typedef struct NumArray {
int size;
double values[1]; /* variable part */
} NumArray;
/******************************************************************************
-
创建 array
**************************************************************************/
static int
newarray(lua_State L) {
int n = luaL_checkint(L, 1);
size_t nbytes = sizeof(NumArray) + (n - 1)sizeof(double);
NumArray a = (NumArray )lua_newuserdata(L, nbytes);
luaL_getmetatable(L, "LuaBook.array");
lua_setmetatable(L, -2);
a->size = n;
return 1; /* new userdatum is already on the stack */
}
static NumArray
checkarray(lua_State L) {
void ud = luaL_checkudata(L, 1, "LuaBook.array");
luaL_argcheck(L, ud != NULL, 1, "`array' expected");
return (NumArray )ud;
}
/******************************************************************************
-
更新 array 中内容
-
@param userdata array
-
@param index
-
@para value
*****************************************************************************/
static int
setarray(lua_State L) {
//NumArray *a = (NumArray )lua_touserdata(L, 1);
NumArray a = checkarray(L);
luaL_argcheck(L, a != NULL, 1, "`array' expected");
int index = luaL_checkint(L, 2);
luaL_argcheck(L, 1 <= index && index <= a->size, 2,
"index out of range");
double value = luaL_checknumber(L, 3);
a->values[index-1] = value;
return 0;
}
/******************************************************************************
-
获得 array 中内容
-
@param userdata array
-
@param index
*****************************************************************************/
static int
getarray(lua_State L) {
//NumArray *a = (NumArray )lua_touserdata(L, 1);
NumArray a = checkarray(L);
luaL_argcheck(L, a != NULL, 1, "`array' expected");
int index = luaL_checkint(L, 2);
luaL_argcheck(L, 1 <= index && index <= a->size, 2,
"index out of range");
lua_pushnumber(L, a->values[index-1]);
return 1;
}
/******************************************************************************
-
获得 array 大小
-
@param userdata array
*****************************************************************************/
static int
getsize(lua_State L) {
// NumArray *a = (NumArray )lua_touserdata(L, 1);
NumArray a = checkarray(L);
luaL_argcheck(L, a != NULL, 1, "`array' expected");
lua_pushnumber(L, a->size);
return 1;
}
static const
struct luaL_reg array_lib[] = {
{"new", newarray},
{"set", setarray},
{"get", getarray},
{"size", getsize},
{NULL, NULL}
};
/******************************************************************************
-
注册函数
****************************************************************************/
int
luaopen_userdata(lua_State l) {
// 创建 metatable，使用 array.new 创建的数组元表是同一个元表
luaL_newmetatable(l, "LuaBook.array");
luaL_openlib(l, "array", array_lib, 0);
return 1;
}
2. 调用示例
$ /usr/local/lua5.1.5/bin/lua -e "require 'userdata'; arr = array.new(20); print(type(arr)); array.set(arr,1,20);print('arr[1]=',array.get(arr,1));print('size:',array.size(arr))"
userdata
arr[1]= 20
size: 20
三 添加元方法
在创建元表时可以在元表中添加元方法，方便使用 Lua 的 __index、__newindex 方法。修改 luaopen_userdata 方法实现：
int
luaopen_userdata(lua_State l) {
// 创建 metatable，使用 array.new 创建的数组元表是同一个元表
luaL_newmetatable(l, "LuaBook.array");
luaL_openlib(l, "array", array_lib, 0);
/* now the stack has the metatable at index 1 and
`array' at index 2 /
lua_pushstring(l, "__index");
lua_pushstring(l, "get");
lua_gettable(l, -3); / get array.get on stack top*/
lua_settable(l, -4); /* metatable.__index = array.get */
lua_pushstring(l, "__newindex");
lua_pushstring(l, "set");
lua_gettable(l, -3); /* get array.set /
lua_settable(l, -4); / metatable.__newindex = array.set */
return 0;
}
在这里的栈操作要仔细
调用示例
$ /usr/local/lua5.1.5/bin/lua -e "require 'userdata'; arr = array.new(20); print(type(arr)); arr[1]=20;print('arr[1]=',arr[1])"
userdata
arr[1]= 20
四 函数说明
1. lua_newuserdata
void lua_newuserdata (lua_State L, size_t size);
创建一块 size 大小的内存区域，将其压入栈顶并返回内存地址指针。
2. luaL_checkudata
void luaL_checkudata (lua_State L, int narg, const char tname);
检查函数的第 narg 参数是否是 tname 类型的 userdata。luaL_checkudata 首先将 narg 转换为 userdata ，然后获得元表；同时，从注册表中根据 tname 获得元表，两者相互比较如果不同触发错误并返回 NULL，如果相同则返回 narg 指向的 userdata。
可以看 luaL_checkudata 代码实现，非常简单。
3. luaL_newmetatable
int luaL_newmetatable (lua_State L, const char tname);
创建一个新的可以作为 userdata 类型元表的 table，并使用 tname 作为 key 存储在注册表中。如果注册表中已经存在 tname 类型的值，返回值为 0。
4. luaL_getmetatable
void luaL_getmetatable (lua_State L, const char tname);
将注册表中与名称 tname 关联的元表压入栈中。
5. lua_setmetatable
int lua_setmetatable (lua_State L, int index);
从栈顶弹出一个 table 并将其设置为栈中 index 索引出的值的元表。