快速掌握Lua 5.3 —— 扩展你的程序

Posted 2020-06-26 VermillionTear

Q：如何在C中将Lua作为配置文件语言使用？

A：
“config.lua”文件中：

-- window size
width = 200
height = 300

“main.c”文件中：

#include <stdarg.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <lua.h>
#include <lauxlib.h>
#include <lualib.h>

void error(lua_State *L, const char *fmt, ...)
{   
    // 逐一取出参数并打印到标准错误输出。
    va_list argp;
    va_start(argp, fmt);
    vfprintf(stderr, fmt, argp);
    va_end(argp);
    lua_close(L);    // 关闭Lua状态机。
    exit(EXIT_FAILURE);    // 以失败退出。
}

void load(char *filename, int *width, int *height)
{   
    lua_State *L = luaL_newstate();
    luaL_openlibs(L);

    /* luaL_loadfile(): 
     * 读取配置文件，并将其中的内容编译为"chunk"放入虚拟栈中。
     * lua_pcall(): 
     * 使用保护模式调用虚拟栈中的函数。被调用的函数应该遵循以下协议：
     * 被调用的函数应该被首先入栈，接着把参数按正序入栈（第一个参数首先入栈）。
     * 第二个参数代表参数个数；第三个参数代表返回值个数；
     * 第四个参数代表是否使用自定义的错误处理函数。
     * 当函数调用完成之后，所有的参数以及函数本身都会出栈，而函数的返回值则被入栈。
     */
    if (luaL_loadfile(L, filename) || lua_pcall(L, 0, 0, 0))
        error(L, "cannot run configuration file: %s", lua_tostring(L, -1));

    // 获取配置文件中的全局变量。 
    lua_getglobal(L, "width");   // 将Lua环境下名为"width"的全局变量的值入栈。
    lua_getglobal(L, "height");   // 将Lua环境下名为"height"的全局变量的值入栈。
    // 判断全局变量的值是否为数值。
    if (!lua_isnumber(L, -2))    // 上面"width"先被入栈，所以-2是"width"。
        error(L, "`width‘ should be a number\n");
    if (!lua_isnumber(L, -1))    // -1是"height"。
        error(L, "`height‘ should be a number\n");
    // 将全局变量的值转换为浮点数。
    *width = (int)lua_tonumber(L, -2);
    *height = (int)lua_tonumber(L, -1);

    lua_close(L);
}

int main(void)
{
    int width = 0, height = 0;

    load("config.lua", &width, &height);
    printf("width = %d, height = %d\n", width, height);

    return 0;
}

prompt> gcc main.c -llua -ldl -lm -Wall
prompt> ./a.out
width = 200, height = 300

看完这个例子是否会觉得使用Lua作为配置文件语言有些不值？仅仅为了获取两个变量的值，却写了这么一大段代码。
但是使用Lua确实有其优势。首先Lua承担了配置文件格式检查的工作，如果你自己写解析程序，这一段代码不会少；其次，你可以在配置文件中写注释，同样如果你自己写解析程序，也需要考虑跳过注释的问题；最后，配置文件中可以做更多的灵活配置，比如，

-- 根据环境变量，灵活的定义窗口大小。
if os.getenv("DISPLAY") == "small" then
    width = 100
    height = 100
else
    width = 500
    height = 500
end

Q：如何在C中使用Lua的”table”？

A：我们在上一个例子的基础上继续扩展程序。
“config.lua”文件中：

-- window size.
width = 200
height = 300

-- window‘s background color.
-- 配置文件中可以自己定义颜色。
ORANGE = {r = 255, g = 128, b = 0}
--background = ORANGE
--background = {r = 128, g = 0, b = 255}
background = "BLUE"    -- 也可以直接使用C中定义的颜色。

“main.c”文件中：

#include <stdarg.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <lua.h>
#include <lauxlib.h>
#include <lualib.h>

#define MAX_COLOR       255    // 颜色分量的最大值。

struct ColorTable {
    char *name;
    unsigned char red, green, blue;
} colortable[] = {    // C中定义的颜色。
    {"WHITE", MAX_COLOR, MAX_COLOR, MAX_COLOR},
    {"RED", MAX_COLOR, 0, 0},
    {"GREEN", 0, MAX_COLOR, 0},
    {"BLUE", 0, 0, MAX_COLOR},
    {"BLACK", 0, 0, 0},
    {NULL, 0, 0, 0}    // sentinel
};

void error(lua_State *L, const char *fmt, ...)
{
    va_list argp;
    va_start(argp, fmt);
    vfprintf(stderr, fmt, argp);
    va_end(argp);
    lua_close(L);
    exit(EXIT_FAILURE);

    return ;
}

void setfield(lua_State *L, const char *index, int value)
{
    lua_pushstring(L, index);    // 将"key"入栈。
    lua_pushinteger(L, value);    // 将"value"入栈。
    /* 将指定的索引位置(-3)作为"table"，将索引位置(-1)作为"value"，将索引位置(-2)作为"key"，
     * 做相当于"table[key] = value"的工作。之后将"key"和"value"出栈。
     */
    lua_settable(L, -3);

    return ;
}

// 获取"table"中元素"key"的值（此函数假设"table"在栈顶）。
int getfield(lua_State *L, const char *key)
{
    int result = 0;

    lua_pushstring(L, key);    // 将"key"入栈。
    /* 从给定的索引位置(-2)获得"table"，从栈顶位置获得"key"，
     * 弹出"key"，将"table[key]"的结果入栈。
     */
    lua_gettable(L, -2);
    if (!lua_isinteger(L, -1))
        error(L, "invalid component in background color");
    result = lua_tointeger(L, -1);    // "table[key]"的结果即是颜色分量值。
    lua_pop(L, 1);    // 弹出颜色分量值，保证栈的状态与调用该函数时一样。

    return result;
}

void setcolor(lua_State *L, struct ColorTable *ct)
{
    lua_newtable(L);    // 创建一个"table"并将其入栈。
    setfield(L, "r", ct->red);    /* table.r = ct->r */
    setfield(L, "g", ct->green);    /* table.g = ct->g */
    setfield(L, "b", ct->blue);    /* table.b = ct->b */
    // 将栈顶的元素出栈（实际为上面创建的"table"），并使用名为"name"的全局变量存储。
    lua_setglobal(L, ct->name)

    return ;
}

void load(lua_State *L, char *filename, int *width, int *height, int *r, int *g, int *b)
{
    if(luaL_loadfile(L, filename) || lua_pcall(L, 0, 0, 0))
    {
        error(L, "cannot run configuration file: %s", lua_tostring(L, -1));
    }

    lua_getglobal(L, "width");
    lua_getglobal(L, "height");
    lua_getglobal(L, "background");   // 将Lua环境下名为"background"的全局变量的值入栈。
    if(!lua_isnumber(L, -3))
    {
        error(L, "`width‘ should be a number\n");
    }
    *width = (int)lua_tonumber(L, -3);
    if(!lua_isnumber(L, -2))
    {
        error(L, "`height‘ should be a number\n");
    }
    *height = (int)lua_tonumber(L, -2);
    // 如果"background"值是个字符串，那么说明使用C中定义的颜色。
    if(lua_isstring(L, -1))
    {
        const char *colorname = lua_tostring(L, -1);
        int i = 0;
        // 寻找使用的哪一种颜色。
        while((colortable[i].name != NULL) 
              && (strcmp(colorname, colortable[i].name) != 0))
        {
            ++i;
        }
        if(colortable[i].name == NULL)
        {
            error(L, "invalid color name (%s)", colorname);
        }
        else
        {
            // 获取颜色的分量。
            *r = colortable[i].red;
            *g = colortable[i].green;
            *b = colortable[i].blue;
        }
    }
    // 如果"background"值是个字符串，那么说明使用Lua中定义的颜色。
    else if(lua_istable(L, -1))
    {
        // 获取颜色的分量。
        *r = getfield(L, "r");
        *g = getfield(L, "g");
        *b = getfield(L, "b");
    }
    else
    {
        error(L, "invalid value for `background‘");
    }

    return ;
}

int main(void)
{
    int i = 0;
    int width = 0, height = 0;
    int r = 0, g = 0, b = 0;

    lua_State *L = luaL_newstate();
    luaL_openlibs(L);

    while(colortable[i].name != NULL)
    {
        setcolor(L, &colortable[i++]);    // 将C中定义的颜色逐一初始化到Lua的"table"中。
    }
    load(L, "config.lua", &width, &height, &r, &g, &b);

    lua_close(L);

    printf("width = %d, height = %d\n"
            "red = %d, green = %d, blue = %d\n",
            width, height, r, g, b);

    return 0;
}

prompt> gcc main.c -llua -ldl -lm -Wall
prompt> ./a.out
width = 200, height = 300
red = 0, green = 0, blue = 255