手把手教你架构3D引擎高级篇系列八

本篇博客是给读者介绍引擎底层如何与Lua进行结合，方便开发者直接使用脚本编程，给读者介绍的是最基本的C++与Lua的交互，引擎的封装会在下篇博客中具体讲解。
为什么选择Lua，通常开发者会使用Json，XML，txt等等。相比Lua有哪些优点呢？
a、除了Lua库，在没有使用其他库可以使用。
b、可以在文件中使用不同的公式，例如：some_variable = math.sqrt（2）* 2
c、它非常轻巧，速度快
d、它是在MIT许可下换句话说代码是开源的，因此我们可以以任何想要的方式使用它
e、它是用C语言编写的，几乎可以编译任何C编译器
f、可以使用表对数据进行分类，易于编辑和阅读
既然这么多优点，我们就采用Lua作为脚本使用，Lua与引擎的结合还是非常重要的。我们下面先从基础的讲起，慢慢给读者深入。先看看Lua语言编写的脚本：

player = {    pos = {         X = 20,         Y = 30,    },    filename = "res/images/player.png",    HP = 20,-- you can also have comments}

我们要使用Lua脚本中的内容，需要执行下面的语句：

LuaScript script("player.lua");
std::string filename = script.get("player.filename");
int posX = script.get("player.pos.X");

如何使用Lua与C++绑定，读者可以参考网址：
http://lua-users.org/wiki/BindingCodeToLua
接下来我们分析一下上面的Lua脚本，Player表是全局的，因此需要通过lua_getglobal方法获取它，现在Player表将位于堆栈顶部，使用lua_getfield函数获取pos表，然后使用变量x，如下图所示：

对应的代码下载地址如下所示：
https://github.com/EliasD/unnamed_lua_binder
使用上面的代码时，不要忘记把Lua的库加进工程里面。我们可以使用Lua做很多事情，如下所示：

-- somefile.luasome_array = { 1, 2, 3, 4, 5, 6}
std::vector v = script.getIntVector("some_array")

如何清理Lua堆栈？我们可以使用lua_gettop函数返回数组中元素的数量，从而弄清楚我们必须弹出多少项。

void clean(){   int n = lua_gettop(L);  lua_pop(L, n);}

下面实现的接口：

std::vector LuaScript::getIntVector(const std::string& name){    std::vector<int> v;  lua_getglobal(L, name.c_str());    if(lua_isnil(L, -1)){       return std::vector();   }  lua_pushnil(L);   while(lua_next(L, -2)){       v.push_back((int)lua_tonumber(L, -1));    lua_pop(L, 1);  }  clean();   return v;}

它们是如何工作的？首先，我们获取全局表并检查是否找到它。如果它是nil（尚未定义，或者…，nil），我们只返回一个空向量。
然后我们将nil值推到Lua堆栈的顶部，这是因为lua_next的作用，它从堆栈中弹出键值，然后将键值对推送到堆栈。如果数组中没有更多元素，我们清理堆栈并返回结果向量。
还可以创建一个函数来获取字符串或浮点数组，这需要更改的是矢量类型和一些强制转换（请不要忘记将lua_tonumber更改为lua_tostring）
使用Lua脚本编程，因为它是脚本，对性能要求比较高的代码建议不要使用Lua脚本，直接使用C或者C++编程。
通过案例的方式给读者介绍，比如下面代码：

function sum(x, y)
return x + y
end

对应的C++代码如下所示：

int sum(int x, int y){   lua_State* L = luaL_newstate();   if (luaL_loadfile(L, "sum.lua") || lua_pcall(L, 0, 0, 0)){       std::cout<<"Error: failed to load sum.lua"<<std::endl;     return 0;    }    lua_getglobal(L, "sum");  lua_pushnumber(L, x); lua_pushnumber(L, y);    std::cout<<"loaded"<<std::endl;  lua_pcall(L, 2, 1, 0);   int result = (int)lua_tonumber(L, -1);    lua_pop(L, 1);   return result;}

接下来给读者分析一下，首先，我们创建新的Lua状态并加载文件。注意：这只是一个示例，我们应该将状态与加载的文件保持在某个位置，以防止每次使用函数时重新加载，因为这样做效率不高。
然后我们在Lua堆栈的顶部得到名为sum的全局函数。使用lua_pushnumber函数然后我们推送2个变量，现在我们的堆栈看起来像这样：

第一个是lua_State，第二个是你要调用的函数中的参数个数，第三是你希望返回的功能。第四是错误代码（应该在Lua参考手册中阅读）
在我们调用一个函数之后，它会从它的参数中弹出堆栈。堆栈中剩下的唯一东西是值sum函数返回，所以现在我们可以用lua_tonumber获取它的值并弹出它。
说了这么多，现在给读者介绍如何使用它们？
假设我们在游戏中实现NPC，当玩家靠近NPC时，NPC会做不同的事情。
我们经常会安排玩家与NPC的一些对话，比如说“让我帮助你”，而另一个NPC只是说“你好”并且什么都不做。我们的交互代码可能如下所示：

if(isPressed(ACTIVATION_BUTTON))
{   Character* character = find_nearby_character(player);   if(character) {      character->interact(player);   }}

如何实现这个交互方法？我们很容易想到使用枚举，如下所示：

enum CharacterType { Player, Talker, Healer };
CharacterType type;

函数如下所示：

void Character::interact(Character* secondCharacter){   switch(type) {        case Character::Player:            break;        case Character::Talker:          say("Hello");          break;       case Character::Healer:        say("Let me help you");      heal(secondCharacter);       break;  }}

通过代码我们可以看出，这么设计非常不利于扩展，我们还可以想到使用另一种解决方案是使交互虚拟功能和使用继承，但是我们会去实现每种类型的NPC，这种方案也是不可取的。
或者有读者可以使用更好的策略模式，用C ++编码的，必须重新编译代码，也是不可取的。
最终的解决方案就想到了Lua的编写，在使用Lua之前，我们首先要创建一个Character类，如下所示：

class Character
{
public:   Character(const char* name, int hp);
void say(const char* text);  void heal(Character* character);    const char* getName() { return name; }    int getHealth() { return health; }   void setHealth(int hp) { health = hp; }    // will be implemented later       void interact(Character* character);private:  const char* name;   int health;}; Character::Character(const char* name, int hp) {    this->name = name;    health = hp;}void Character::say(const char* text) {    std::cout << name << ":" << text << std::endl;} void Character::heal(Character* character) {    character->setHealth(100);}

我们遇到了一个问题，如果Lua现在没有关于这种类型，我们如何将Character *作为参数传递？我们如何在Lua中注册非静态成员函数并调用它们？Lua包装器可以参考网址：http://lua-users.org/wiki/BindingCodeToLua
决定使用LuaWrapper，它没有额外的依赖关系而且不需要构建，只需将一个头文件复制到项目中即可开始使用。
使用LuaWrapper，函数的编写如下所示：

int Character_getName(lua_State* L){   Character* character = luaW_check<Character>(L, 1);        lua_pushstring(L, character->getName());  return 1;} int Character_getHealth(lua_State* L){  Character* character = luaW_check<Character>(L, 1);      lua_pushnumber(L, character->getHealth());    return 1;} int Character_setHealth(lua_State* L){   Character* character = luaW_check<Character>(L, 1);     int hp = luaL_checknumber(L, 2);    character->setHealth(hp);  return 0;}

从现在开始，我们将使用checknumber而不是tonumber。它基本相同，但如果出现问题，它会抛出错误信息。
LuaWrapper提供了相同的方法，可以用它来获取C ++对象，还可以创建对象并调用它们的方法，如下所示：

player = Character.new(“Hero”, 100)player:getHealth()

使用luaW_check（L，1）可以获得玩家对象在C ++中使用它，余下的代码如下所示：

static luaL_Reg Character_table[] = {    { NULL, NULL }};
static luaL_Reg Character_metatable[] = {   { "getName", Character_getName },  { "getHealth", Character_getHealth },    { "setHealth", Character_setHealth }, { NULL, NULL }};static int luaopen_Character(lua_State* L) {   luaW_register<Character>(L, "Character", Character_table, Character_metatable, Character_new); return 1;}

Character_table用于静态函数，我们在Character类中没有它们，所以这个结构是空的。
Character_metatable用于设置将在Lua中使用的函数名称。
luaopen_Character注册一个类，第一个参数是lua_State *，第二个参数是如何在Lua脚本中命名我们的类。其他参数是静态表，元表和构造函数。
我们的测试脚本如下所示：

player = Character.new("Hero", 100)
player:setHealth(80)
hp = player:getHealth()
name = player:getName()
print("Character name: "..name..". HP = "..hp)

最后代码下载地址如下所示：
链接：https://pan.baidu.com/s/1Rn3WwXYVLA-t79s0MFFarQ
提取码：mtgr

参考网址：https://eliasdaler.wordpress.com/2013/10/11/lua_cpp_binder/

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