lua作為腳本於要能夠使用宿主語言的類型，不管是宿主基本的或者擴展的類型結構，所以Lua提供的UserData來滿足擴展的需求。在Lua中使用宿主語言的類型至少要考慮到幾個方面：
- 數據內存
- 生命周期
- 數據操作
下面的內容主要參考《Lua程序設計》，數據保存在Lua堆棧中，通過Metatable對數據進行操作,並通過Lua的Gc進行回收內存。
1 Full UserData
void *lua_newuserdata (lua_State *L, size_t size);
This function allocates a new block of memory with the given size, pushes onto the stack a new full userdata with the block address, and returns this address.Userdata represents C values in Lua. A full userdata represents a block of memory. It is an object (like a table): you must create it, it can have its own metatable, and you can detect when it is being collected. A full userdata is only equal to itself (under raw equality).When Lua collects a full userdata with a gc metamethod, Lua calls the metamethod and marks the userdata as finalized. When this userdata is collected again then Lua frees its corresponding memory.
函數按照指定的大小分配一塊內存，將對應的userdatum放到棧內，並返回內存塊的地址。Userdata可以有自己的metatable ，如果Metatable中有__Gc元方法，回收時會調用改方法。回收之后Lua釋放對應的內存。
void *lua_touserdata (lua_State *L, int index);
If the value at the given acceptable index is a full userdata, returns its block address. If the value is a light userdata, returns its pointer. Otherwise, returns NULL.
操作實例
//結構定義
typedef struct NumArray {
int size;
double values[1]; /* variable part */
} NumArray;
//創建數組
static int newarray (lua_State *L) {
int n = luaL_checkint(L, 1); //檢查整數
size_t nbytes = sizeof(NumArray) + (n - 1)*sizeof(double);
NumArray *a = (NumArray *)lua_newuserdata(L, nbytes);
a->size = n;
return 1; /* new userdatum is already on the stack */
}
//設置數組數值set(a, index, value)
static int setarray (lua_State *L)
{
NumArray *a = (NumArray *)lua_touserdata(L, 1);
int index = luaL_checkint(L, 2);
double value = luaL_checknumber(L, 3);
luaL_argcheck(L, a != NULL, 1, "`array' expected");
luaL_argcheck(L, 1 <= index && index <= a->size, 2, "index out of range");
a->values[index-1] = value;
return 0;
}
//獲取數組元素 get(a,index)
static int getarray (lua_State *L) {
NumArray *a = (NumArray *)lua_touserdata(L, 1);
int index = luaL_checkint(L, 2);
luaL_argcheck(L, a != NULL, 1, "'array' expected");
luaL_argcheck(L, 1 <= index && index <= a->size, 2,"index out of range");
lua_pushnumber(L, a->values[index-1]);
return 1;
}
// 庫定義
static const struct luaL_reg arraylib [] = {
{"new", newarray},{"set", setarray},{"get", getarray},{NULL, NULL}
};
int luaopen_array (lua_State *L) {
luaL_openlib(L, "array", arraylib, 0);
return 1;
}
導入上面的庫，我們可以在Lua中進行數組的操作：
a = array.new(1000) --創建
array.set(a, 1, 10) --設置
print(array.get(a, 10)) -- 獲取
2 MetaTable
為了區分不同C類型的userData，可以為userData添加不同的metatables。每次我們訪問時候，我們都要檢查他是否有一個正確的 metatable。 Lua 代碼不能改變 userdatum 的metatable，所以他不會偽造我們的代碼。
操作函數
int luaL_newmetatable (lua_State *L, const char *tname);
創建新表（將用作 metatable），將新表放到棧頂並建立表和 registry 中類型名的聯系
void luaL_getmetatable (lua_State *L, const char *tname);
獲取 registry 中的 tname 對應的 metatable,壓入棧中
void *luaL_checkudata (lua_State *L, int index, const char *tname);
檢查在棧中指定位置的對象是否為帶有給定名字的 metatable 的 userdata。如果對象不
存在正確的 metatable，返回 NULL,否則，返回userdata的地址
修改案例
//首先創建名字為LuaBook.array的meta 表
int luaopen_array (lua_State *L) {
luaL_newmetatable(L, "LuaBook.array");
...
}
//創建數組時，為Userdata添加元表方法
static int newarray (lua_State *L) {
...
luaL_getmetatable(L, "LuaBook.array");
lua_setmetatable(L, -2);
...
}
//添加檢測metatable名字是否正確的接口
static NumArray *checkarray (lua_State *L) {
void *ud = luaL_checkudata(L, 1, "LuaBook.array");
luaL_argcheck(L, ud != NULL, 1, "`array' expected");
return (NumArray *)ud;
}
也就是說創建相關類型的metatable，然后在創建UserData的時候設置metatable，在獲取時首先檢測meta是否正對
3 面向對象訪問
可以通過擴展userdata中metatable的元方法來實現對C對象進行面向對象方式的訪問方式。
C中定義
// Metatable增加__index , __newindex方法
int luaopen_array (lua_State *L)
{
luaL_newmetatable(L, "LuaBook.array");
lua_pushstring(L, "__index");
lua_pushvalue(L, -2); /* pushes the metatable */
lua_settable(L, -3); /* metatable.__index = metatable */
//第一次調用，當我們傳遞一個NULL作為庫名時，luaL_openlib並沒有創建任何包含函數的表；相反，他認為封裝函數的表在棧內，位於臨時的upvalues的下面
luaL_openlib(L, NULL, arraylib_m, 0);
//根據給定的數組名創建一個新表，並在表中注冊指定的函數
luaL_openlib(L, "array", arraylib_f, 0);
return 0;
}
// 定義Userdata中的方法
static const struct luaL_reg arraylib_f [] = {
{"new", newarray}, {NULL, NULL}
};
//定義Metatable中方法
static const struct luaL_reg arraylib_m [] = {
{"set", setarray},{"get", getarray},{NULL, NULL}
};
通過為Metatable擴展元方法的方式實現對象結構在Lua中訪問方便。
luaL_openlib(L, NULL, arraylib_m, 0)應該是將arraylib_m 中的方法添加到metatable中，有點不好理解，其實也可以用settable的方式將set、get方法注入到metatable中。
Lua 中定義
另外也可以在Lua中設置userdata的元表,不過需要在array庫導入之后執行。
function RegsterMetatable(a)
local metaarray = getmetatable(a)
metaarray.__index = metaarray
metaarray.set = array.set
metaarray.get = array.get
metaarray.size = array.size
end
3 關於full Userdata的生命周期
上面定義的操作流程 是通過lua_newuserdata 在Lua中創建內存，並返回地址給C，C提供方法對內存進行操作。通過UserData的Metatable方式為Lua中訪問提供便利。但是，C中如果保存了lua_newuserdata 返回的指針，那么Lua中釋放之后，C中保存的指針就會失效. 關於UserData的生命周期問題可以參考下雲風的文章
4. Light UserData
一個light userdatum是一個表示C指針的值（也就是一個void *類型的值）。由於它是一個值，我們不能創建他們,使用函數lua_pushlightuserdata將一個light userdatum入棧：
void lua_pushlightuserdata (lua_State *L, void *p);
Light userdata不是一個緩沖區，僅僅是一個指針，沒有metatables。像數字一樣，light userdata不需要垃圾收集器來管理她。有些人把light userdata作為一個低代價的替代實現，來代替full userdata，但是這不是light userdata的典型應用。首先，使用light userdata你必須自己管理內存，因為他們和垃圾收集器無關。第二，盡管從名字上看有輕重之分，但full userdata實現的代價也並不大，比較而言，他只是在分配給定大小的內存時候，有一點點額外的代價。
Light userdata真正的用處在於可以表示不同類型的對象。當full userdata是一個對象的時候，它等於對象自身；另一方面，light userdata表示的是一個指向對象的指針，同樣的，它等於指針指向的任何類型的userdata。所以，我們在Lua中使用light userdata表示C對象。
在雲風的博客中找到的一些應用場景：
[Lua 中寫 C 擴展庫時用到的一些技巧][http://blog.codingnow.com/2006/11/lua_c.html]
[向 lua 虛擬機傳遞信息][http://blog.codingnow.com/2006/01/_lua.html]
[去掉 full userdata 的 GC 元方法][http://blog.codingnow.com/2013/08/full_userdata_gc.html]
結束語
本來不想去花時間寫一些書上應該有的，不過在看ulua的實現中總是對其中的各種userdata的使用完全理解明白，所以還是來認真總結一下。當然中間也做了很多其他功課，后面會對其應用做進一步的介紹。
補充：
Lua5.1支持userdata中使用__gc元方法，Lua5.2之后對普通table也支持，在設置Api交互的時候比較便利。具體可以查看：
[Lua GC 之 Finalizer][http://www.cnblogs.com/JesseFang/archive/2012/12/27/2836160.html]