C#跟Lua如何超高性能传递数据
前言
在UWA学堂上线那天，我买了招文勇这篇Lua交互的课程，但是前段时间太忙，一直没空研究，他的demo是基于xlua的，今天终于花了大半天时间在tolua下跑起来了，记录一下我的理解
性能，仍然是Lua中与C＃混用的大坑
Lua跟C#交互的性能问题是老生常谈的了，c#跟lua数据交互是通过lua虚拟栈，进行压栈、出栈来传递的，一次调用就需要执行很多指令，性能会随着调用次数的频繁，函数参数的增多而变差。直接操作内存的方式，可以在c#端修改lua内存，省去了操作虚拟栈，函数调用的大把指令，性能也就很高效了
腾讯的UnLua（给虚幻4用的）中也有类似的直接操作内存的交互方式，看来这种方式会渐渐成为主流，毕竟性能摆在这呢
Lua跟C#高效共享大量数据的一种方法
原理其实很简单，在c#端定义好lua table的结构体，必须在内存中对齐lua端的table，然后在c#端拿到lua table的指针，读写这块内存，就能读写这个lua table了。
是不是觉得非常简单，哈哈哈哈。感觉自己马上就能弄出来了
想要实现这套东西，还得搞懂几个问题，下面开始一一讲解
Lua Table结构体是什么样的？
想在c#端写一个lua table结构体，那就先看看lua端这个结构体是怎么实现的吧。在tolua下，我们使用的是luajit，jit的源码跟lua是不一样的，luajit又分32位跟64位。所以我们这个table结构体也需要做多套才行
luajit中的GCTab就是Table的结构体了
typedef struct GCtab {
GCHeader;
uint8_t nomm; /* Negative cache for fast metamethods. */
int8_t colo; /* Array colocation. */
MRef array; /* Array part. */
GCRef gclist;
GCRef metatable; /* Must be at same offset in GCudata. */
MRef node; /* Hash part. */
uint32_t asize; /* Size of array part (keys [0, asize-1]). */
uint32_t hmask; /* Hash part mask (size of hash part - 1). */
#if LJ_GC64
MRef freetop; /* Top of free elements. */
#endif
} GCtab;
GCHeader是每一个GC对象都要包含的一个宏，定义了这些属性
#define GCHeader GCRef nextgc; uint8_t marked; uint8_t gct
lua的table支持数组、哈希表两种用法，甚至可以同时是数组又是哈希表。我们主要处理数组的数据交互，结构体中的MRef array;就是这个table的所有数据存储的地方了，而asize就等于这个数组的长度+1。所以我们重点关注这2个字段的内存地址
如何设计c#端的table结构体呢？
我们把GCTab结构体展开成这样看
GCRef nextgc;
uint8_t marked; uint8_t gct; uint8_t nomm; int8_t colo;
MRef array;
GCRef gclist;
GCRef metatable;
MRef node;
uint32_t asize;
uint32_t hmask;
MRef freetop;//这个是64位的才会有
GCRef 跟 MRef 都是一个jit中封装的指针类型，会自动根据宏展开为32位跟64位。
GCRef 表示这是一个GC对象的指针
MRef 表示非GC对象的内存指针在c#中都可以用IntPtr类型代替
uint8_t 是8字节的，我们把4个8字节的放在一起，可以用一个int32位占用
那么转换到c#中，结构体就变成了这样
// GC64 version
public struct LuaJitGCtabGC64
{
IntPtr nextgc;
UInt32 masks;
IntPtr array;
IntPtr gclist;
IntPtr metatable;
IntPtr node;
UInt32 asize;
UInt32 hmask;
IntPtr freetop; // only valid for LJ_GC64
}
指针array指向的数据是什么？
在lj_tab.c中看tab的实现，我们很快就能找到array里存的是TValue结构，TValue其实是一个联合体。
联合体是多个结构体可以共享同一块内存，访问的时候可以用不同的结构体方式去访问。具体什么是联合体可以自行百度哦
TValue源码
/* Tagged value. */
typedef LJ_ALIGN(8) union TValue {
uint64_t u64; /* 64 bit pattern overlaps number. */
lua_Number n; /* Number object overlaps split tag/value object. */
#if LJ_GC64
GCRef gcr; /* GCobj reference with tag. */
int64_t it64;
struct {
LJ_ENDIAN_LOHI(
int32_t i; /* Integer value. */
, uint32_t it; /* Internal object tag. Must overlap MSW of number. */
)
};
#else
struct {
LJ_ENDIAN_LOHI(
union {
GCRef gcr; /* GCobj reference (if any). */
int32_t i; /* Integer value. */
};
, uint32_t it; /* Internal object tag. Must overlap MSW of number. */
)
};
#endif
#if LJ_FR2
int64_t ftsz; /* Frame type and size of previous frame, or PC. */
#else
struct {
LJ_ENDIAN_LOHI(
GCRef func; /* Function for next frame (or dummy L). */
, FrameLink tp; /* Link to previous frame. */
)
} fr;
#endif
struct {
LJ_ENDIAN_LOHI(
uint32_t lo; /* Lower 32 bits of number. */
, uint32_t hi; /* Upper 32 bits of number. */
)
} u32;
} TValue;
这中间有很多宏，看着很乱，但其实我们只需要用2种模式就行了，因为我们只实现int跟double。作者给出的方式是如下这种
[StructLayout(LayoutKind.Explicit, Size = 8)]
public struct LuaJitTValue
{
// uint64
[FieldOffset(0)]
public UInt64 u64;
// number
[FieldOffset(0)]
public double n;
// integer value
[FieldOffset(0)]
public int i;
// internal object tag for GC64
[FieldOffset(0)]
public Int64 it64;
// internal object tag
[FieldOffset(4)]
public UInt32 it;
}
但这里我有一些我还没弄明白，因为我实际运行起来后，不管lua赋值的是整形，还是浮点，int i始终没有值，值都存在了double n中。那为啥作者要弄一个int i跟UInt32 it; 这个it还偏移了4字节
在c#端我们可以使用[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]和[FieldOffset(0)]来实现c语言中的联合体，具体方式可以看这篇文章
https://blog.csdn.net/wonengxing/article/details/44302661
如何用unsafe模式读写结构体?
结构体都定义好了，接下来我们看看怎么读写一个double
LuaJitGCtab32* TableRawPtr; //需要拿到Lua端Table的指针
//赋值操作
TableRawPtr->array[index].n = val;
//取值操作
TableRawPtr->array[index].n;
没错，就是这么简单。直接就可以操作lua内存了。
如何拿到lua端table的指针?
在lua端传入一个table参数过来，我们可以在c#端操作虚拟栈转成指针
System.IntPtr arg0 = LuaDLL.lua_topointer(L, 1);
看到这里，相信大部分的谜团都已经解开了，真的自己可以实现一套出来了。
总结
作者提供的方案里，只支持int、double。只支持array类型的table。还有luajit64位貌似没支持好。所以如果真正要使用的话，还要改很多东西
