xlua源码分析（二）lua Call C#的无wrap实现

上一节我们主要分析了xlua中C# Call lua的实现思路，本节我们将根据Examples 03_UIEvent，分析lua Call C#的底层实现。例子场景里有一个简单的UI面板，面板中包含一个input field，一个button：

输入任意文本，点击button，就会打印出输入的内容：

响应点击事件的代码是在lua层，位于ButtonInteraction.lua.txt这个文件中，lua代码很简单，就是一个简单的函数：

function start()print("lua start...")self:GetComponent("Button").onClick:AddListener(function()print("clicked, you input is '" ..input:GetComponent("InputField").text .."'")end)
end

那么C#层从哪里读取到这个文件的呢？可以看到，Button这个GameObject上绑了上一节我们提到过的LuaBehaviour组件，而组件里设置的Lua Script就是这个文件了：

上一节我们说过，LuaBehaviour组件会在Awake的时候会执行lua代码，获取lua层写的start函数，然后在MonoBehaviour的Start中执行它。在lua层的start函数中，首先可以发现一个self，这个self也是在C#层Awake的时候设置的，对应的就是C#的LuaBehaviour对象。和tolua一样，xlua也会把C#对象当作userdata来处理，每个要push到lua层的C#类型都有唯一的type_id，对应到不同的metatable，用来定义userdata的行为。并且，除了值类型和枚举类型之外，所有push到lua层的C#对象，都会在C#层缓存，这一点也是和tolua一样的，甚至缓存的数据结构也大差不差。

public void Push(RealStatePtr L, object o)
{if (needcache && (is_enum ? enumMap.TryGetValue(o, out index) : reverseMap.TryGetValue(o, out index))){if (LuaAPI.xlua_tryget_cachedud(L, index, cacheRef) == 1){return;}}bool is_first;int type_id = getTypeId(L, type, out is_first);index = addObject(o, is_valuetype, is_enum);LuaAPI.xlua_pushcsobj(L, index, type_id, needcache, cacheRef);
}

xlua_tryget_cachedud函数就是通过C#缓存拿到的index，去lua层的缓存去拿userdata，lua层的缓存与C#不同，它只负责查询，不负责存储，因此是一个value为弱引用的弱表，这一点和tolua也是一样的，xlua在初始化时就会将这个弱表准备好：

LuaAPI.lua_newtable(L);
LuaAPI.lua_newtable(L);
LuaAPI.xlua_pushasciistring(L, "__mode");
LuaAPI.xlua_pushasciistring(L, "v");
LuaAPI.lua_rawset(L, -3);
LuaAPI.lua_setmetatable(L, -2);
cacheRef = LuaAPI.luaL_ref(L, LuaIndexes.LUA_REGISTRYINDEX);

由于这个缓存是弱表，意味着userdata在被真正gc之前，弱表里对应的值有可能已经不存在了。那么xlua_tryget_cachedud这个函数有可能是取不到userdata的：

LUA_API int xlua_tryget_cachedud(lua_State *L, int key, int cache_ref) {lua_rawgeti(L, LUA_REGISTRYINDEX, cache_ref);lua_rawgeti(L, -1, key);if (!lua_isnil(L, -1)){lua_remove(L, -2);return 1;}lua_pop(L, 2);return 0;
}

取不到的话就通过xlua_pushcsobj这个函数新增一个userdata：

static void cacheud(lua_State *L, int key, int cache_ref) {lua_rawgeti(L, LUA_REGISTRYINDEX, cache_ref);lua_pushvalue(L, -2);lua_rawseti(L, -2, key);lua_pop(L, 1);
}LUA_API void xlua_pushcsobj(lua_State *L, int key, int meta_ref, int need_cache, int cache_ref) {int* pointer = (int*)lua_newuserdata(L, sizeof(int));*pointer = key;if (need_cache) cacheud(L, key, cache_ref);lua_rawgeti(L, LUA_REGISTRYINDEX, meta_ref);lua_setmetatable(L, -2);
}

但是，xlua设置userdata metatable的做法和tolua完全不同。xlua使用delay wrap的策略，即只有某个C#类型的对象push到了lua层，才会将这个C#类型的信息，真正地加载到lua层，在此之前，这个metatable并不存在；而tolua默认是在一开始就wrap的，这样的话类型一多，初始化的时间就大大增加，而且根据二八定律，可能绝大部分的类型在一开始压根用不到。

那么，这个delay wrap具体是怎么实现的呢？既然它是在C#对象push到lua层触发的，那么显而易见，在获取这个类的type_id时，就要把C#类的信息加载进来了：

internal int getTypeId(RealStatePtr L, Type type, out bool is_first, LOGLEVEL log_level = LOGLEVEL.WARN)
{int type_id;if (!typeIdMap.TryGetValue(type, out type_id)) // no reference{LuaAPI.luaL_getmetatable(L, alias_type == null ? type.FullName : alias_type.FullName);if (LuaAPI.lua_isnil(L, -1)) //no meta yet, try to use reflection meta{LuaAPI.lua_pop(L, 1);if (TryDelayWrapLoader(L, alias_type == null ? type : alias_type)){LuaAPI.luaL_getmetatable(L, alias_type == null ? type.FullName : alias_type.FullName);}else{throw new Exception("Fatal: can not load metatable of type:" + type);}}typeIdMap.Add(type, type_id);}return type_id;
}

负责这件事情的函数就是TryDelayWrapLoader。在例子中，由于我们没有生成过类的wrap，默认就会使用反射的方式来注册各种C#方法与成员。具体实现的逻辑比较复杂，主要在ReflectionWrap这个函数中：

public static void ReflectionWrap(RealStatePtr L, Type type, bool privateAccessible)
{LuaAPI.lua_checkstack(L, 20);int top_enter = LuaAPI.lua_gettop(L);ObjectTranslator translator = ObjectTranslatorPool.Instance.Find(L);//create obj meta tableLuaAPI.luaL_getmetatable(L, type.FullName);if (LuaAPI.lua_isnil(L, -1)){LuaAPI.lua_pop(L, 1);LuaAPI.luaL_newmetatable(L, type.FullName);}LuaAPI.lua_pushlightuserdata(L, LuaAPI.xlua_tag());LuaAPI.lua_pushnumber(L, 1);LuaAPI.lua_rawset(L, -3);int obj_meta = LuaAPI.lua_gettop(L);LuaAPI.lua_newtable(L);int cls_meta = LuaAPI.lua_gettop(L);LuaAPI.lua_newtable(L);int obj_field = LuaAPI.lua_gettop(L);LuaAPI.lua_newtable(L);int obj_getter = LuaAPI.lua_gettop(L);LuaAPI.lua_newtable(L);int obj_setter = LuaAPI.lua_gettop(L);LuaAPI.lua_newtable(L);int cls_field = LuaAPI.lua_gettop(L);//set cls_field to namespaceSetCSTable(L, type, cls_field);//finish set cls_field to namespaceLuaAPI.lua_newtable(L);int cls_getter = LuaAPI.lua_gettop(L);LuaAPI.lua_newtable(L);int cls_setter = LuaAPI.lua_gettop(L);LuaCSFunction item_getter;LuaCSFunction item_setter;makeReflectionWrap(L, type, cls_field, cls_getter, cls_setter, obj_field, obj_getter, obj_setter, obj_meta,out item_getter, out item_setter, privateAccessible ? (BindingFlags.Public | BindingFlags.NonPublic) : BindingFlags.Public);// init obj metatableLuaAPI.xlua_pushasciistring(L, "__gc");LuaAPI.lua_pushstdcallcfunction(L, translator.metaFunctions.GcMeta);LuaAPI.lua_rawset(L, obj_meta);LuaAPI.xlua_pushasciistring(L, "__tostring");LuaAPI.lua_pushstdcallcfunction(L, translator.metaFunctions.ToStringMeta);LuaAPI.lua_rawset(L, obj_meta);LuaAPI.xlua_pushasciistring(L, "__index");LuaAPI.lua_pushvalue(L, obj_field);LuaAPI.lua_pushvalue(L, obj_getter);translator.PushFixCSFunction(L, item_getter);translator.PushAny(L, type.BaseType());LuaAPI.xlua_pushasciistring(L, LuaIndexsFieldName);LuaAPI.lua_rawget(L, LuaIndexes.LUA_REGISTRYINDEX);LuaAPI.lua_pushnil(L);LuaAPI.gen_obj_indexer(L);//store in lua indexs function tablesLuaAPI.xlua_pushasciistring(L, LuaIndexsFieldName);LuaAPI.lua_rawget(L, LuaIndexes.LUA_REGISTRYINDEX);translator.Push(L, type);LuaAPI.lua_pushvalue(L, -3);LuaAPI.lua_rawset(L, -3);LuaAPI.lua_pop(L, 1);LuaAPI.lua_rawset(L, obj_meta); // set __indexLuaAPI.xlua_pushasciistring(L, "__newindex");LuaAPI.lua_pushvalue(L, obj_setter);translator.PushFixCSFunction(L, item_setter);translator.Push(L, type.BaseType());LuaAPI.xlua_pushasciistring(L, LuaNewIndexsFieldName);LuaAPI.lua_rawget(L, LuaIndexes.LUA_REGISTRYINDEX);LuaAPI.lua_pushnil(L);LuaAPI.gen_obj_newindexer(L);//store in lua newindexs function tablesLuaAPI.xlua_pushasciistring(L, LuaNewIndexsFieldName);LuaAPI.lua_rawget(L, LuaIndexes.LUA_REGISTRYINDEX);translator.Push(L, type);LuaAPI.lua_pushvalue(L, -3);LuaAPI.lua_rawset(L, -3);LuaAPI.lua_pop(L, 1);LuaAPI.lua_rawset(L, obj_meta); // set __newindex//finish init obj metatableLuaAPI.xlua_pushasciistring(L, "UnderlyingSystemType");translator.PushAny(L, type);LuaAPI.lua_rawset(L, cls_field);if (type != null && type.IsEnum()){LuaAPI.xlua_pushasciistring(L, "__CastFrom");translator.PushFixCSFunction(L, genEnumCastFrom(type));LuaAPI.lua_rawset(L, cls_field);}//init class metaLuaAPI.xlua_pushasciistring(L, "__index");LuaAPI.lua_pushvalue(L, cls_getter);LuaAPI.lua_pushvalue(L, cls_field);translator.Push(L, type.BaseType());LuaAPI.xlua_pushasciistring(L, LuaClassIndexsFieldName);LuaAPI.lua_rawget(L, LuaIndexes.LUA_REGISTRYINDEX);LuaAPI.gen_cls_indexer(L);//store in lua indexs function tablesLuaAPI.xlua_pushasciistring(L, LuaClassIndexsFieldName);LuaAPI.lua_rawget(L, LuaIndexes.LUA_REGISTRYINDEX);translator.Push(L, type);LuaAPI.lua_pushvalue(L, -3);LuaAPI.lua_rawset(L, -3);LuaAPI.lua_pop(L, 1);LuaAPI.lua_rawset(L, cls_meta); // set __index LuaAPI.xlua_pushasciistring(L, "__newindex");LuaAPI.lua_pushvalue(L, cls_setter);translator.Push(L, type.BaseType());LuaAPI.xlua_pushasciistring(L, LuaClassNewIndexsFieldName);LuaAPI.lua_rawget(L, LuaIndexes.LUA_REGISTRYINDEX);LuaAPI.gen_cls_newindexer(L);//store in lua newindexs function tablesLuaAPI.xlua_pushasciistring(L, LuaClassNewIndexsFieldName);LuaAPI.lua_rawget(L, LuaIndexes.LUA_REGISTRYINDEX);translator.Push(L, type);LuaAPI.lua_pushvalue(L, -3);LuaAPI.lua_rawset(L, -3);LuaAPI.lua_pop(L, 1);LuaAPI.lua_rawset(L, cls_meta); // set __newindexLuaCSFunction constructor = typeof(Delegate).IsAssignableFrom(type) ? translator.metaFunctions.DelegateCtor : translator.methodWrapsCache.GetConstructorWrap(type);if (constructor == null){constructor = (RealStatePtr LL) =>{return LuaAPI.luaL_error(LL, "No constructor for " + type);};}LuaAPI.xlua_pushasciistring(L, "__call");translator.PushFixCSFunction(L, constructor);LuaAPI.lua_rawset(L, cls_meta);LuaAPI.lua_pushvalue(L, cls_meta);LuaAPI.lua_setmetatable(L, cls_field);LuaAPI.lua_pop(L, 8);System.Diagnostics.Debug.Assert(top_enter == LuaAPI.lua_gettop(L));
}

相比于tolua只使用两个table，xlua使用了若干的table来辅助索引查找C#的方法和成员。从代码中可以看出，cls_meta，cls_field，cls_getter和cls_setter是用直接给类访问用的，比如一些静态的方法与成员，lua层可以通过namespace和类名直接访问。而相应地，obj_meta，obj_field，obj_getter和obj_setter是给userdata访问用的，对应C#层实例方法与成员。从命名中也可看出，field对应的是C#的字段和方法，getter对应的是C#的get属性，setter对应的是set属性，meta就是对外设置的metatable了。cls_meta中包含__index，__newindex，__call这三个元方法，这样lua层就可以通过类名创建一个C#对象；obj_meta中包含__index，__newindex，__gc，__tostring这四个元方法，并且它就是userdata的type_id。__index，__newindex这两个元方法，还会通过registry表，记录对应的type，来进行额外的缓存，这么做的目的主要是为了基类查找，xlua不像tolua一样，嵌套使用多个metatable来实现继承机制。

那么field，getter，setter这三种table是如何跟meta进行关联的呢？xlua使用了一种非常巧妙的机制，以userdata的__index为例，它其实对应着一个函数，这个函数使用包含field，getter，setter这三种table在内，以及其他的一些参数，作为upvalue来引用。

LUA_API int gen_obj_indexer(lua_State *L) {lua_pushnil(L);lua_pushcclosure(L, obj_indexer, 7);return 0;
}

obj_indexer这个函数持有了7个upvalue，是有点多，注释里也标明了每个upvalue的用途：

//upvalue --- [1]: methods, [2]:getters, [3]:csindexer, [4]:base, [5]:indexfuncs, [6]:arrayindexer, [7]:baseindex
//param   --- [1]: obj, [2]: key
LUA_API int obj_indexer(lua_State *L) {	if (!lua_isnil(L, lua_upvalueindex(1))) {lua_pushvalue(L, 2);lua_gettable(L, lua_upvalueindex(1));if (!lua_isnil(L, -1)) {//has methodreturn 1;}lua_pop(L, 1);}if (!lua_isnil(L, lua_upvalueindex(2))) {lua_pushvalue(L, 2);lua_gettable(L, lua_upvalueindex(2));if (!lua_isnil(L, -1)) {//has getterlua_pushvalue(L, 1);lua_call(L, 1, 1);return 1;}lua_pop(L, 1);}if (!lua_isnil(L, lua_upvalueindex(6)) && lua_type(L, 2) == LUA_TNUMBER) {lua_pushvalue(L, lua_upvalueindex(6));lua_pushvalue(L, 1);lua_pushvalue(L, 2);lua_call(L, 2, 1);return 1;}if (!lua_isnil(L, lua_upvalueindex(3))) {lua_pushvalue(L, lua_upvalueindex(3));lua_pushvalue(L, 1);lua_pushvalue(L, 2);lua_call(L, 2, 2);if (lua_toboolean(L, -2)) {return 1;}lua_pop(L, 2);}if (!lua_isnil(L, lua_upvalueindex(4))) {lua_pushvalue(L, lua_upvalueindex(4));while(!lua_isnil(L, -1)) {lua_pushvalue(L, -1);lua_gettable(L, lua_upvalueindex(5));if (!lua_isnil(L, -1)) // found{lua_replace(L, lua_upvalueindex(7)); //baseindex = indexfuncs[base]lua_pop(L, 1);break;}lua_pop(L, 1);lua_getfield(L, -1, "BaseType");lua_remove(L, -2);}lua_pushnil(L);lua_replace(L, lua_upvalueindex(4));//base = nil}if (!lua_isnil(L, lua_upvalueindex(7))) {lua_settop(L, 2);lua_pushvalue(L, lua_upvalueindex(7));lua_insert(L, 1);lua_call(L, 2, 1);return 1;} else {return 0;}
}

我们着重看一下第4个upvalue的情况，走到这里说明在当前类中没有查找到，例子中的GetComponent方法是在Component类里，在LuaBehaviour类里自然是查找不到的，那么就需要不断地往父类查找。第4个upvalue是当前类的基类类型base type，第5个upvalue就是缓存了当前所有type的__index元方法函数，那么自然而然就要去这个缓存中查找base type的__index元方法，然后把事情直接交给它做就好了，这其实就是一个递归的做法。为了避免下次还要从缓存中查找基类，这里直接把第4个upvalue置为空，然后把基类的__index元方法缓存到第7个upvalue上。

那问题来了，我们之前提到xlua是delay wrap的，在访问C#对象的时候，它的基类信息很可能还没wrap到lua层。所以这里也需要获取一下基类的type_id。在从缓存中获取__index元方法时，代码中使用的是：

lua_gettable(L, lua_upvalueindex(5));

lua_gettable是会触发metatable的，这个缓存table在xlua初始化时就设置了一个metatable：

LuaAPI.lua_newtable(rawL); //metatable of indexs and newindexs functions
LuaAPI.xlua_pushasciistring(rawL, "__index");
LuaAPI.lua_pushstdcallcfunction(rawL, StaticLuaCallbacks.MetaFuncIndex);
LuaAPI.lua_rawset(rawL, -3);LuaAPI.xlua_pushasciistring(rawL, Utils.LuaIndexsFieldName);
LuaAPI.lua_newtable(rawL);
LuaAPI.lua_pushvalue(rawL, -3);
LuaAPI.lua_setmetatable(rawL, -2);
LuaAPI.lua_rawset(rawL, LuaIndexes.LUA_REGISTRYINDEX);

因此如果基类信息还没wrap，就会触发到C#层的MetaFuncIndex方法：

public static int MetaFuncIndex(RealStatePtr L)
{try{ObjectTranslator translator = ObjectTranslatorPool.Instance.Find(L);Type type = translator.FastGetCSObj(L, 2) as Type;if (type == null){return LuaAPI.luaL_error(L, "#2 param need a System.Type!");}translator.GetTypeId(L, type);LuaAPI.lua_pushvalue(L, 2);LuaAPI.lua_rawget(L, 1);return 1;}catch (System.Exception e){return LuaAPI.luaL_error(L, "c# exception in MetaFuncIndex:" + e);}
}

这个函数首先会从lua层获取当前要wrap的type，生成唯一的type_id，并把类型信息wrap到lua层，然后再使用一次rawget把__index方法放回lua层，这样lua层就可以继续递归查找了。在例子中，想要调用到GetComponent得沿着LuaBehaviour=>MonoBehaviour=>Behaviour=>Component这条链一直查找3次才能找到。

最后，push到lua层的这些C#函数，都是使用PushFixCSFunction这个方法完成的，这个方法把push到lua层的函数统一放到一个list中管理，实际调用时根据list中的索引，触发具体的某个函数：

internal void PushFixCSFunction(RealStatePtr L, LuaCSFunction func)
{if (func == null){LuaAPI.lua_pushnil(L);}else{LuaAPI.xlua_pushinteger(L, fix_cs_functions.Count);fix_cs_functions.Add(func);LuaAPI.lua_pushstdcallcfunction(L, metaFunctions.FixCSFunctionWraper, 1);}
}static int FixCSFunction(RealStatePtr L)
{try{ObjectTranslator translator = ObjectTranslatorPool.Instance.Find(L);int idx = LuaAPI.xlua_tointeger(L, LuaAPI.xlua_upvalueindex(1));LuaCSFunction func = (LuaCSFunction)translator.GetFixCSFunction(idx);return func(L);}catch (Exception e){return LuaAPI.luaL_error(L, "c# exception in FixCSFunction:" + e);}
}

推测这么做的原因可能是为了少一些MonoPInvokeCallback吧：）