[Lua]在C函数中保存状态--注册表，环境表，upvalue

什么叫做在C函数中保存状态？比如你现在使用Lua调用了C函数Func1，但是Func1中有一些数据在调用完以后保存下来，供以后使用。而这些数据就是所谓的状态，也就是我们需要保存的小编。有人就会说了，Lua调用C时，把所有的需要保存的状态都返回到Lua中，当调用下一个函数时，将需要的状态当做参数再传进去，不错，是一个办法，但是很麻烦。方法一：注册表；方法二：环境；方法三：upvalue。
注册表是一个全局的table，它只能被C代码访问。通常，可以用它来保存那种需要在几个模块中共享的数据；
但是，如果需要保存一个模块的私有数据，那么应该使用环境，与Lua函数一样，每个C函数都有自己的环境table，通常情况下，一个模块内的所有函数共享同一个环境table，由此它们可以共享数据。
最后，C函数也可以拥有upvalue，upvalue是一种与特定函数相关联的Lua值。

注册表

注册表总是位于一个“伪索引”上，这个索引值由LUA_REGISTRYINDEX定义。伪索引就像是一个栈中的索引，但它所关联的值不在栈中；所完这句话，你想到了什么？C++中，使用new开辟空间，这个空间是在堆上开辟的，而指向这个堆的变量却是存放在栈上的。伪索引和这个意思差不多。Lua API中的大多数函数都能接受伪索引，但像lua_remove和lua_insert这种操作栈本身的函数却只能使用普通索引。
注册表是一个普通的Lua  table，可以使用任何Lua值（nil除外）来索引它。

#include<iostream>
using namespace std;
#include<lua.hpp>

void registryTestFunc(lua_State* L)
{
    lua_pushstring(L,"Hello");
    lua_setfield(L,LUA_REGISTRYINDEX,"key1");
    lua_getfield(L,"key1");
    printf("%s\n",lua_tostring(L,-1));//输出为：Hello
}

int main()
{
    lua_State* L = luaL_newstate();
    registryTestFunc(L);
    lua_close(L);
    return 0;
}

环境表

从5.1开始，在Lua中注册的所有C函数都有自己的环境table。一个函数可以像访问注册表那样，通过一个伪索引来访问它的环境table。环境table的伪索引是LUA_ENVIRONINDEX。
这种使用环境的方法与在Lua模块中使用环境的方法差不多，都是先为模块创建一个新的table，然后使模块中的所有函数都共享这个table。只不过，在Lua中使用了一个setfenv函数，而在C模块中，只不过是设置table为LUA_ENVIRONINDEX

#include<iostream>
using namespace std;
#include<lua.hpp>
int setValue(lua_State* L)
{
    luaL_checkstring(L,-1);
    lua_pushvalue(L,-1);
    lua_setfield(L,LUA_ENVIRONINDEX,"key1");
    return 0;
}
 
int getValue(lua_State* L)
{
    lua_getfield(L,"key1");
    return 1;
}

static luaL_Reg myfuncs[] = { 
    {"setValue",setValue},{"getValue",getValue},{NULL,NULL} 
}; 

extern "C" __declspec(dllexport)  int luaopen_testenv(lua_State* L)
{
    lua_newtable(L);  //创建一个新的表用于环境
    lua_replace(L,LUA_ENVIRONINDEX); //将刚刚创建并压入栈的新表替换为当前模块的环境表。
    luaL_register(L,"testenv",myfuncs);
    return 1;
    //这个注册函数比以前写的注册函数要多两行代码，先要创建一个新的table，然后调用lua_replace将新的table作环境table。然后调用luaL_register时，所有新建的函数都会继承当前环境。
}

test.lua文件内容

require "testenv"
local fun1 = function()
    local var = "Hello,world!!!"
    testenv.setValue(var)
    print(testenv.getValue()) --输出Hello,world!!!
end
xpcall(fun,print)
os.execute("pause")

上面先将值设置到模块环境table中。然后再从中取出来。这个和上面说的注册表有很多的相似之处。尽管可能使用环境来代替注册表，但是如果没有在不同模块之间共享数据的需要，就尽可能的不要使用注册表；使用环境创建的引用，只是在本模块中可见，这样缩小了数据的使用范围了，减小了数据被错改的可能，增加了数据的安全性。

upvalue

upvalue是和特定函数关联的，我们可以将其简单的理解为函数内的静态变量。 
注册表提供了全局变量的存储，环境提供了模块变量的存储，而upvalue机制则实现了一种类似于C语言中静态变量的机制。而这种upvalue机制，可以让我们定义一个只在特定的函数中可见的变量。每当在Lua中创建一个函数时，都可以将任意数量的upvalue与这个函数相关联。每个upvalue都可以保存一个Lua值。以后，在调用这个函数时，就可以通过伪索引来访问这些upvalue了。将这种C函数与upvalue的关联称为closure（也叫闭包，多么熟悉的名字）。一个C closure类似于Lua closure。closure可以用同一个函数代码来创建多个closure，每个closure可以拥有不同的upvalue。

#include<iostream>
using namespace std;
#include<lua.hpp>
int counter(lua_State* L)
{
    //获取第一个upvalue的值。
    int val = lua_tointeger(L,lua_upvalueindex(1));
    //将得到的结果压入栈中。
    lua_pushinteger(L,++val);
    //赋值一份栈顶的数据，以便于后面的替换操作。
    lua_pushvalue(L,-1);
    //该函数将栈顶的数据替换到upvalue(1)中的值。同时将栈顶数据弹出。
    lua_replace(L,lua_upvalueindex(1));
    //lua_pushinteger(L,++value)中压入的数据仍然保留在栈中并返回给Lua。
    return 1;
}

int newCounter(lua_State* L)
{
    //压入一个upvalue的初始值0，该函数必须先于lua_pushcclosure之前调用。
    lua_pushinteger(L,0);
    //压入闭包函数，参数1表示该闭包函数的upvalue数量。该函数返回值，闭包函数始终位于栈顶。
    lua_pushcclosure(L,counter,1);
    return 1;
}

static luaL_Reg myfuncs[] = { 
    {"counter",counter},{"newCounter",newCounter},NULL} 
}; 

extern "C" __declspec(dllexport)  int luaopen_testupvalue(lua_State* L)
{
    luaL_register(L,"testupvalue",myfuncs);
    return 1;
}

test.lua文件内容

require "testupvalue"
local fun = function()
    func = testupvalue.newCounter();
    print(func());
    print(func());
    print(func());

    func = testupvalue.newCounter();
    print(func());
    print(func());
    print(func());

    --[[ 输出结果为：
    1
    2
    3
    1
    2
    3
    --]]
end
xpcall(fun,print)
os.execute("pause")