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最近經常見有人在群上問有關lua在c/c++中嵌入使用的問題，但很多問題本身問得就莫名所以，很可能是對一些基本概念還未正確理解就急於使用，遇到難處也沒有認真思考問題的本質是什么，自然會問出一些叫人啼笑皆非、欲答無詞的問題。正好這段時間賦閑在家，希望能把幾年來對lua及c++的理解及經驗總結一下，為同樣喜歡這兩樣語言的同好做一個入門介紹。
從以下幾個方面逐一解析這個問題：
1、lua的數據模型
2、跨語言交互的實質
3、c++對象模型
4、核心1：在lua中使用c++對象
5、核心2：高效地導出c++對象
一、lua的數據模型。lua是一門非常簡單易用的語言，簡單就簡單在它的數據類型是“封閉”的（相對於python的開放而言）。它所有的類型都由一個TValue表示：
typedef union { GCObject *gc; void *p; lua_Number n; int b; } Value; /* ** Tagged Values */ #define TValuefields Value value; int tt typedef struct lua_TValue { TValuefields; } TValue;
實際上TValue就是一個只有2個字段的結構體，其中tt表示類型，共有9種取值，1種是“nil(空)”，3種是簡單的“值類型”已直接列在Value中即p/n/b，另外5種作為“引用類型”需要gc管理而由額外的GCObject結構表示：
union GCObject { GCheader gch; union TString ts; union Udata u; union Closure cl; struct Table h; struct Proto p; struct UpVal uv; struct lua_State th; /* thread */ };
其中Proto/UpVal是完全由內部使用的數據可以不看。（額外插播：Proto是函數原型信息，UpVal是函數閉包引用的“上值”(即外層函數變量)，這些本是純內部實現相關的結構（即它們不會“上棧”以致被使用方“合法訪問”），但它們也是需要動態管理的，那么直接將其當作“標准”數據類型來實現，就可重用那一整套復雜而完善的gc機制了。關於這種“內部功能也使用標准實現”的做法，我在讀Python代碼時也有類似感受，比如最常用的容器dict，其對應的實現在Objects/dictobject.c文件中，有一堆PyDict_XXXX的函數，按照Python C API的規范實現了一套完善的hashmap數據結構，這套功能當然首先是通過注冊導出后，給Python腳本用的，但是在其它一些功能模塊中，當要使用到hashmap功能時，居然也直接用這套PyDict_XXXX（而不是一般c語言里常用的hash庫或是std::map一類的東西），這也算是對代碼的一種自我驗證吧）
ts是字符串，u是重型userdata，cl是函數閉包，h是hash表，th是協程。在與c++的交互中，u和h就扮演了最重要的角色。
lua的所有數據類型就到此為止了，且沒法擴展（即在c層面自定義類型），因此要在lua里表現其它語言的數據類型如c++類等，就只有用這幾個現成的類型去組合模擬。相比Python有很大不同，Python擴展開發者可以通過實現自己的PyTypeObject，在c層面創建全新的類型。在我理解中也正是這種差別，導致了Python無法使用像Lua那樣的三色標記法gc，因為自定義結構中各種指針引用字段的存在，讓Python無法追蹤掃描下去轉而只能使用引用記數法，但會導致循環引用，其解決辦法仍然是要求類型創建者提供額外的追蹤掃描函數，在某種程度上達到與Lua gc相同的功效。
現在重點說明hash表和userdata兩種類型。
hash表，是在lua語言中表達描述各種數據結構的最佳也是唯一工具，其除了作為容器的一般用途外，還有兩個重要特性：元表和弱表。元表即metatable，它本身是一個普通表，但它的字段描述了其目標表的特殊功能，如對不存在字段的get/set、運算符的重載等；弱表，是一種具有特殊回收機制的表，當它的每一項key或value不再被外部引用（即僅存在於表中）時，會自動銷毀，在純粹的c++里是沒有gc機制的，但利用弱表的這個特性，在結合lua使用時反而可以做到c++對象的自動回收。
userdata，是lua用來表示外部（宿主語言）數據的類型，又分成lightuserdata和普通userdata兩種。lightuserdata本身沒有運算概念，只具有“保存”和“傳遞”的意義，普通userdata則可以設置其“元表”，從而具有get/set功能，但更重要的是可以設置其gc處理函數，讓c++端的資源享受lua gc的便利。
在我設計的綁定體系中，會用一個hash表來表示lua對象比如叫luaobj，而luaobj[1]就是一個存儲了對應c++對象指針的userdata，其上掛了gc handler，在此userdata被lua清除時，調用c++ obj的減引用計數函數。另外每一個類也是用一個hash表來表示，里面存儲了該類的所有導出函數，並且又通過元表指向其父類所對應的hash表，整個類層次就這樣串起來。而每一個luaobj也通過元表鏈接到其所對應的類表，這樣在luaobj上就可以找到調用所有其在c++層面的函數了。
關於lua自身數據模型就先說到這里，整個體系的詳細說明將在后文里繼續描述。