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第四部分。C API 第 27 章。编写 C 函数的技术

27.2 – 字符串处理

当 C 函数从 Lua 接收字符串参数时，它必须遵守两个规则：在访问字符串时不将其从堆栈中弹出，并且绝不修改字符串。

当 C 函数需要创建字符串返回给 Lua 时，事情变得更加困难。现在，C 代码需要负责缓冲区分配/释放、缓冲区溢出等。不过，Lua API 提供了一些函数来帮助完成这些任务。

标准 API 为两个最基本的字符串操作提供支持：子字符串提取和字符串连接。要提取子字符串，请记住基本操作 lua_pushlstring 将字符串长度作为额外参数获取。因此，如果您想将字符串 s 的子字符串（从位置 i 到 j（包括））传递给 Lua，您只需 

    lua_pushlstring(L, s+i, j-i+1);
例如，假设您想要一个函数，根据给定的分隔符（单个字符）分割字符串，并返回一个包含子字符串的表。例如，调用 
    split("hi,,there", ",")
应返回表 {"hi", "", "there"}。我们可以编写一个简单的实现，如下所示。它不需要额外的缓冲区，并且对其可以处理的字符串大小没有限制。 
    static int l_split (lua_State *L) {
      const char *s = luaL_checkstring(L, 1);
      const char *sep = luaL_checkstring(L, 2);
      const char *e;
      int i = 1;
    
      lua_newtable(L);  /* result */
    
      /* repeat for each separator */
      while ((e = strchr(s, *sep)) != NULL) {
        lua_pushlstring(L, s, e-s);  /* push substring */
        lua_rawseti(L, -2, i++);
        s = e + 1;  /* skip separator */
      }
    
      /* push last substring */
      lua_pushstring(L, s);
      lua_rawseti(L, -2, i);
    
      return 1;  /* return the table */
    }

为了连接字符串，Lua 在其 API 中提供了一个特定函数，称为 lua_concat。它等同于 Lua 中的 .. 运算符：它将数字转换为字符串，并在必要时触发元方法。此外，它可以一次连接两个以上的字符串。调用 lua_concat(L, n) 将连接（并弹出）堆栈顶部的 n 个值，并将结果留在顶部。

另一个有用的函数是 lua_pushfstring 

    const char *lua_pushfstring (lua_State *L,
                                 const char *fmt, ...);
它有点类似于 C 函数 sprintf，因为它根据格式字符串和一些额外参数创建字符串。但是，与 sprintf 不同，您无需提供缓冲区。Lua 会根据需要动态创建字符串。无需担心缓冲区溢出等问题。该函数将结果字符串压入堆栈并返回指向它的指针。目前，此函数仅接受指令 %%（用于字符 %´）、%s（用于字符串）、%d（用于整数）、%f（用于 Lua 数字，即双精度）和 %c（接受整数并将其格式化为字符）。它不接受任何选项（例如宽度或精度）。

当我们只想连接几个字符串时，lua_concat 和 lua_pushfstring 都很有用。但是，如果我们需要连接多个字符串（或字符），那么逐个连接的方法效率很低，正如我们在 第 11.6 节 中所看到的。相反，我们可以使用辅助库提供的缓冲区工具。Auxlib 在两个级别实现这些缓冲区。第一级类似于 I/O 操作中的缓冲区：它在一个本地缓冲区中收集小字符串（或单个字符），并在缓冲区填满时将它们传递给 Lua（使用 lua_pushlstring）。第二级使用 lua_concat 和我们在 第 11.6 节 中看到的堆栈算法的一个变体，来连接多个缓冲区刷新结果。

为了更详细地描述 auxlib 中的缓冲区工具，让我们看一个简单的使用示例。下面的代码展示了 string.upper 的实现，直接来自文件 lstrlib.c 

    static int str_upper (lua_State *L) {
      size_t l;
      size_t i;
      luaL_Buffer b;
      const char *s = luaL_checklstr(L, 1, &l);
      luaL_buffinit(L, &b);
      for (i=0; i<l; i++)
        luaL_putchar(&b, toupper((unsigned char)(s[i])));
      luaL_pushresult(&b);
      return 1;
    }
使用 auxlib 中的缓冲区的第一个步骤是声明一个类型为 luaL_Buffer 的变量，然后使用 luaL_buffinit 调用对其进行初始化。初始化后，缓冲区会保留状态 L 的副本，因此在调用其他操作缓冲区的函数时，我们不需要传递它。宏 luaL_putchar 将单个字符放入缓冲区。Auxlib 还提供了 luaL_addlstring，将具有显式长度的字符串放入缓冲区，以及 luaL_addstring，将以零结尾的字符串放入缓冲区。最后，luaL_pushresult 刷新缓冲区，并将最终字符串留在堆栈顶部。这些函数的原型如下 
    void luaL_buffinit (lua_State *L, luaL_Buffer *B);
    void luaL_putchar (luaL_Buffer *B, char c);
    void luaL_addlstring (luaL_Buffer *B, const char *s,
                                          size_t l);
    void luaL_addstring (luaL_Buffer *B, const char *s);
    void luaL_pushresult (luaL_Buffer *B);

使用这些函数，我们不必担心缓冲区分配、溢出和其他此类细节。正如我们所看到的，连接算法非常高效。str_upper 函数可以毫无问题地处理大字符串（超过 1 MB）。

当您使用 auxlib 缓冲区时，您必须注意一个细节。当您将内容放入缓冲区时，它会在 Lua 堆栈中保留一些中间结果。因此，您不能假设堆栈顶部会保留在您开始使用缓冲区之前的状态。此外，尽管您可以在使用缓冲区时将堆栈用于其他任务（甚至构建另一个缓冲区），但每次访问缓冲区时，这些用途的 push/pop 计数都必须平衡。有一个明显的情况，这种限制过于严格，即当您想要将 Lua 返回的字符串放入缓冲区时。在这种情况下，您不能在将字符串添加到缓冲区之前将其弹出，因为您永远不应该在从堆栈中弹出字符串后使用它；但您也不能在弹出字符串之前将其添加到缓冲区，因为堆栈将处于错误的级别。换句话说，您不能执行类似这样的操作 

    luaL_addstring(&b, lua_tostring(L, 1));   /* BAD CODE */
由于这是一个常见的情况，auxlib 提供了一个特殊函数，用于将栈顶的值添加到缓冲区中 
    void luaL_addvalue (luaL_Buffer *B);
当然，如果栈顶的值不是字符串或数字，则调用此函数将出错。
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