Unlua原理剖析

Posted 2023-03-01 zhangxiaofan666

unlua-unreal 是什么

UnLua是虚幻引擎4下的特性丰富且高效的脚本解决方案，由腾讯G6团队与Epic Games China团队共同打造。它的特色在于利用引擎的反射机制按需动态导出，无需大量胶水代码；完备的静态导出功能，用于导出非反射系统的类、函数、枚举；可以覆写（override）所有'BlueprintEvent'、Replication Notify、Animation Notify、Input Event，通过Lua来扩展C++、Blueprint；可以替换线上系统原有Blueprint逻辑。 

G6 Team : G6是腾讯GCloud体系下，致力于游戏框架搭建，提供游戏云服务的部门。

unlua-unreal 有什么功能

Unlua原理及流程介绍：

一.Unlua初始化流程图：

二.Unlua初始化具体步骤：

在LuaContext类中的RegisterDelegates方法中去绑定ue引擎的许多时刻的关键回调

其中FLuaContext::PreBeginPIE是在点击ue4引擎播放按钮时刻的回调，此时开始调用CreateState注册所有信息

在LuaContext类的CreateState方法中，创建一个主lua线程及注册/创建基本的库/元表和类等操作，主要包括：

1. 创建主lua线程为lua_State,创建ObjectMap，StructMap，ArrayMap用来保存以后注册在lua的对象信息

1. 注册碰撞通道枚举

1. 注册外部静态导出类（c++纯F层类，也即非UObject层的类或者函数，需要通过静态导出的方式让unlua识别调用）

1. 注册类信息

是将该类的所有信息描述保存到数组中

在FClassDesc中，保存该类所有信息描述，包含许多成员：类名（FString），类名（FName），类型（是int，bool还是string，table），size，所有接口的数组，所有Property的数组，所有Function的数组等，如下所示：

RegisterClass函数中会调用RegisterClassInternal函数，判断该类是否具有静态导出类模板属性，是就加到数组中，遍历所有静态导出类模板，调用RegisterClassCore

RegisterClassCore是设置Class对应的元表信息，这样lua table可以访问Uobject的属性和方法。

 

 

Unlua静态绑定和动态绑定的原理及流程：

一.静态绑定流程图：

 

二. 静态绑定具体步骤如下：

在UObject初始化时触发：在UObjectBase：：UObjectBase的构造函数会调用到UObjectArray的NotifyUObjectCreated方法中

FUObjectCreateListener类可重写两个函数，用于重写当UObjectBase生成时的逻辑

在FLuaContext类中多继承两个类：FUObjectCreateListener（UObject生成时）和FUObjectDeleteListener（UObject结束时）

其中FLuaContext重写NotifyUObjectCreated方法，当UObject生成时，注册信息到unlua中

着重说下TryToBindLua函数，主要做了2件事

1.判断该类是否已经静态绑定（静态绑定是指在类继承unlua接口）

如果是，绑定Object，Class，ModuleName信息到UUnLuaManager中

在UUnLuaManager::Bind中会调用BindInternal函数

在BindInternal中使用GetFunctionList方法得到Module中定义的所有lua方法名。得到的结果存储于 TMap<FString, TSet<FName>> ModuleFunctions容器中，它是ModuleName与FunctionList的键值对，方便以后查找。

遍历得到的所有lua函数，从中找出lua覆写C++UFunction函数，目前支持"BlueprintEvent"和"RepNotifyFunc"两种宏类型。

  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。 

。

UnLua先把要覆写的UFunction作为TemplateFunction，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。接下来将NewFunc的字节码清空，这意味该TemplateFunction对应的蓝图逻辑执行不到了。

 

最后会调用LuaFunctionInjection::OverrideUFunction中，该函数为传入的函数添加新的专门识别lua的字节码，此时静态注册流程完毕，以后调用该函数时，因为替换了字节码，导致会走到lua的函数中去

 

三．动态绑定

动态绑定是通过SpawnActor动态将信息进行绑定，在lua中通过World:SpawnActor生成actor，会调用LuaLib_World中的UWorld_SpawnActor方法 

在创建Actor之前，创建FScopedLuaDynamicBinding对象，传入Class，ModuleName，可选的InitializerTable参数。 

其构造函数中会使用全局的GLuaDynamicBinding对象进行设置。

设置Class等对象属性。在Object创建后，执行TryToBindLua时，就知道这个对象的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，它的析构函数，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

Unlua反射及注册机制

一.反射注册类FReflectionRegistry

在Unlua插件中的ReflectionUtils文件夹中包含了反射注册类，及所有注册时Property，Function，Class，Enum的描述类（也可以理解为信息类）

Unlua有一个专门存储反射注册信息的类FReflectionRegistry，该类包含了许多的map信息，其中保存了如UStruct和FClassDesc的对应关系，UFunction和UFunctionDesc的对应关系。

二.UFunctionDesc类

该类保存了UFunction对应的各种信息

如：Ufunction *Function：对应UFunction地址

FParameterCollection *DefaultParams：默认参数信息地址

int32 FunctionRef：lua中对应函数地址

TArray<FPropertyDesc*> Properties：函数的参数描述列表

同时在UFunctionDesc类会根据其类型判断是调用在Lua中覆写了UFUNCTION的函数还是直接调用UE本身的UFUNCTION，可以理解为UFunctionDesc相当于一个中转站，从中可以调用UE的Function或Lua的UFunction或Delegate

其注释如下：

三.FPropertyDesc类

其Create静态方法，是根据其Property的类型生成对应的PropertyDesc类

该类主要做了2件事

1.静态Create函数传入FProperty，根据其类型生成对应类型的Desc类

2.Property中包含有许多类型，枚举，bool，float等等，每一种类型继承FPropertyDesc类。重写GetValueInternal，SetValueInternal方法，形成自己独有类型的Desc类，这些方法用于和lua交互。

GetValueInternal()：lua获取属性值的接口，根据属性类型使用不同的push方式。Integer等基本类型会直接push值，而像UObject类型会push一个UserData。

SetValueInternal()：lua中给属性赋值接口，从lua栈中取出lua中设置的值，给属性设置上，因此自然也要根据不同类型区分。

接口如下;

四：FBoolPropertyDesc类

五.FObjectPropertyDesc类

重写的GetValueInternal函数如下：

针对Object数组还是单个Object做不同处理，

在PushUObject函数中：

一个UObject如果与lua进行了绑定，那么lua中会有一张对应的table，该UObject指针在lua中对应的数据就是这个table。绑定及table创建可见NewLuaObject函数，table被创建后，会在lua中被保存到"ObjectMap"表中进行记录，键为该UObject的地址，值为table。

而如果UObject没有实现UnLuaInterface或没有被动态绑定，那Object本身与lua没有关系，在lua中不会创建table。这个UObject被传递到lua中时，会创建一个UserData，UserData值就是UObject的地址，并且设置metatable为对应Class的ClassMetatable。该操作由PushUObject函数完成：

创建完UserData后，同样会被记录到"ObjectMap"表中。

同理TArray，TSet等结构

 

C++调用unlua覆写blueprintevent流程

一.用法介绍：

在C++中加入BlueprintImplementableEvent和BlueprintNativeEvent关键字的函数，在Lua中可以覆写

二.原理和流程：

其流程图如下：

在UObject源码中的ProcessEvent函数，能根据虚拟机去执行UFunction

在其实现中会创建出一个可执行栈

被lua覆盖的UFunction，其字节码已经被替换，具体替换步骤如下： 

替换后，当该BluePrintEvent函数再被调用时，会调用lua的函数，如下：

比较该Stack的字节码（code）是否等于EX_CallLua，从GReflectionRegistry中获取到注册好的FuncDesc类，该类包含了该函数所有信息（参数，返回值，包含在哪个类中）

直接调CallLua函数，首先将FunctionRef压栈，调用CallLuaInternal方法

  在CallLuaInternal中遍历所有FPropertyDesc，之前讲到，FPropertyDesc用于描述每一个函数参数和类中变量，继承于FPropertyDesc类的有很多，FBoolPropertyDesc，FObjectPropertyDesc, FIntPropertyDesc等等，其重写的GetValueInternal方法都是将参数push到lua栈中，而SetValueInternal方法作用是给属性赋值，从lua栈中取出lua中设置的值，给属性设置上

分别执行函数，对引用传递的参数赋值，返回值赋值，并弹出

 

对于lua栈的结构顺序如下：

 

 

Lua中的Delegate

• 用法介绍

在lua中使用Delegate

（1）Add

self.ExitButton.OnClicked:Add(self, UMG_Main_C.OnClicked_ExitButton)

（2）Remove

self.ExitButton.OnClicked:Remove(self, UMG_Main_C.OnClicked_ExitButton)

（3）Clear

self.ExitButton.OnClicked:Clear()

（4）Broadcast

self.ExitButton.OnClicked:Broadcast()

c++中声明委托如下：

/** Signature of function to handle timeline vector track */DECLARE_DYNAMIC_DELEGATE_OneParam( FOnTimelineVector, FVector, Output );

声明完代理后，我们可以把它作为Object或Struct的一个属性，这样lua就能访问到它了。

/** Function that the output from ValueCurve will be passed to */UPROPERTY()FOnTimelineFloat InterpFunc;

单播Delegate的传递由FDelegatePropertyDesc类完成。传递到lua中也由UserData表示，类型为FScriptDelegate

  UnLua也对FScriptDelegate进行了静态导出。

导出包括三个方法，"Bind"，"Unbind"，"Execute"。

Bind

Bind接受三个参数，FScriptDelegate，UObject和luafunc，其中FScriptDeleate是TScriptDelegate的别名。关键处理部分如下：

类似于BlueprintEvent，克隆一个UFunction，生成对应的FuncDesc，保存新的UFunction和回调

ProcessDelegate中做的就是根据UFunction获取FSignatureDesc，之后调用Execute方法执行lua里的回调，最后还是调用CallLua

补充说明：FSignatureDesc可以理解为FuncDesc的扩展类，用于专门处理Delegate的回调函数，负责执行函数调用和之后的函数清理。Signatures容器中存储了UFunction和SignatureDesc的键值对，用于查找。

Execute

主要操作如下：其原理还是通过FScriptDelegate找到对应的SignatureFunctionDesc

再调用该UObject的ProcessEvent，执行函数

UnBind

主要是一些清理操作，解除ScriptDelegate引用和FSignatureDesc的保存

多播Delegate

其原理和单播基本相同，类型为FMulticastScriptDelegate，不同的是，一个MulticastScriptDelegate可关联多个UFunction。

图示多播委托1和多播委托2的关系：

如下图所示，一个多播委托对应的多个UFunction中，每个UFunction都可对应一个C++的Function和lua的Function

如果多播委托调用remove方法，会移除该函数和委托的联系，如果使用Clear，会清空该委托所关联的所有函数。