1.位操作

首先是和位相关的操作，如下所示：

//对于x，获取第y位的值
#define getbit(x,y) (((x)>>(y)&1)
//对于x，把第y位置1。先把1左移y位，然后进行位或操作
#define setbit(x,y) x |= (1<<y)
//对于x，把第y位置0。先把1左移y位，然后取反，与x做位与操作
#define clrbit(x,y) x&=~(1<<y)

以上三种是在本示例中会用到的宏函数（宏替换）

2.内存对齐

这里会提到内存对齐的原因是和布尔数组的创建长度有关。内存对齐的文章有很多，这里不再赘述。

3.元表（metatable）和元方法（metamethod）

元表可以修改一个值在面对一个未知操作时的行为。例如，假设a和b都是表，那么可以通过元表定义lua语言如何计算表达式a+b，当lua语言视图将两个表相加时，它会先检查两者之一是否有元表企鹅该元表中是否有__add字段。如果找到了该字段，就调用该字段的值。（摘自《lua程序设计》第四版）。元方法类似于c++中的运算符重载，使用元表和元方法可以重新定义一些常见的行为。比如

__index 当访问一个表中不存在的字段时，解释器会首先查找一个名为__index的元方法，如果没有这个元方法，则会返回nil，否则，则由这个元方法来提供最终的结果。
__newindex 类似于__index，不同则在于__newindex用于表的更新而__index用于表的查询。当对一个表中不存在的索引赋值时，解释器会查找__newindex元方法，如果这个存在，那么解释器就调用它而不执行赋值。
__len lua中求表长度的语法是在表的前面加上#，比如表名为set，那么set的长度为#set，当解释器发现#set时，会查找__len的元方法，如果有，则调用该元方法并返回值。

4.userdata

最后则是本节的重头戏。

首先，需要构建一个结构体，用于保存布尔数组：

typedef struct BitArray
{int size;unsigned int values[1]; //可变部分
} BitArray;

在BitArray中，values为可变部分，详细内容可以参考这个帖子。简单的说，这种空数组的形式，可以理解为指针，但是要比指针更加的方便和安全。

对于32位的机器来说，根据默认的内存对齐，那么BitArray的总字节数为8个字节，也就是说，values一开始就有4个字节的空间（这个需要注意）。

然后是声明一些宏：

#define CHAR_BIT 8
//无符号整型的位数
#define BITS_PER_WORD (CHAR_BIT * sizeof(unsigned int))
//根据指定的索引计算存放相应比特位的字
#define I_WORD(i) ((unsigned int)(i) / BITS_PER_WORD)
//计算访问这个字中相应比特位中要用的掩码
#define I_BIT(i) (1 << ((unsigned int)(i) % BITS_PER_WORD))#define checkarray(pL) (BitArray*)luaL_checkudata(pL, 1, "LuaBook.array")

BITS_PER_WORD表示unsigned int所占的位数；I_WORD表示对于索引i来说，它在哪一个无符号整型上，而I_BIT则对应了一个掩码，通过它可以方便地取出或更改索引i所对应的值。而checkarray则相对来说比较复杂，它的主要功能就是用于标识本节所实现的布尔数组，必须要有一个名为LuaBook.array的元表。

static int newarray(lua_State* pL)
{int i;size_t nbytes;BitArray* array;//比特位的个数int n = (int)luaL_checkinteger(pL, 1);luaL_argcheck(pL, n >= 1, 1, "invalid size");//和内存对齐有关 BitArray 12字节 vlaues 之后默认有4个字节nbytes = sizeof(BitArray) + I_WORD(n - 1) * sizeof(unsigned int);array = lua_newuserdata(pL, nbytes);//设置元表luaL_getmetatable(pL, "LuaBook.array");lua_setmetatable(pL, -2);//初始化array->size = n;for (i = 0; i < I_WORD(n - 1); i++)array->values[i] = 0;return 1;
}

首先是创建布尔数组，该方法需要一个值，该值用于标识布尔数组的长度，newarray函数会根据这个长度调用lua_newusedata()来分配内存。需要注意的是，分配的布尔数组的内存可能比正常用到的要小一个字节，不过由于内存对齐的缘故，而多了4B，所以综合来看，上面分配内存会多3B或4B。

lua_newuserdata会返回一个开辟好的内存空间，并把该空间同时压入栈顶。后面的程序为这个userdata分配了一个名为LuaBook.array的元表。最后则是对布尔数组进行初始化为全0。

static unsigned int *getparams(lua_State* pL, unsigned int *mask)
{BitArray* array = checkarray(pL);int index = (int)luaL_checkinteger(pL, 2) - 1;luaL_argcheck(pL, 0 <= index && index < array->size, 2, "index out of range");*mask = I_BIT(index);return &array->values[I_WORD(index)];
}

getparams函数，用于从lua_State中获取到合法的BitArray，并返回索引index所对应的unsigned int（大小为4B的内存块）和掩码mask。

static int setarray(lua_State* pL)
{unsigned int mask;unsigned int *entry = getparams(pL, &mask);luaL_checkany(pL, 3);if (lua_toboolean(pL, 3))*entry |= mask;else*entry &= ~mask;return 0;
}

该函数会根据第三个参数的值，来觉得对索引为index，是置一操作还是清零操作。

static int getarray(lua_State* pL)
{unsigned int mask;unsigned int *entry = getparams(pL, &mask);lua_pushboolean(pL, *entry & mask);return 1;
}

该函数用于获取index对应的位的值。

static int getsize(lua_State* pL)
{BitArray* array = checkarray(pL);luaL_argcheck(pL, array != NULL, 1, "'array' expected");lua_pushinteger(pL, array->size);return 1;
}

getsize函数用于获取布尔数组的长度，并返回。

static const struct luaL_Reg arraylib_m[] =
{{"set", setarray},{"get", getarray},{"size", getsize},{"__tostring", array2string},{"__newindex", setarray},{"__index", getarray},{"__len", getsize},{NULL, NULL}
};static const struct luaL_Reg arraylib_f[] =
{{"new", newarray},{NULL, NULL}
};

这两个变量的作用下面会提到。

int lua_openarray(lua_State* pL)
{//创建元表luaL_newmetatable(pL, "LuaBook.array");//复制元表/*lua_pushvalue(pL, -1);//mt.__index = mtlua_setfield(pL, -2, "__index");*///注册元方法luaL_setfuncs(pL, arraylib_m, 0);//创建一个新的表，并把这些函数注册到这个表中luaL_newlib(pL, arraylib_f);return 1;
}

lua_openarray函数是加载布尔数组的重要一步，在该函数中，首先创建一个名称为LuaBook.array的元表，并复制了移分，然后让 mt.__index = mt，接着把arraylib_m中的方法全部都注册到了这个元表之中，这一步我目前有些疑问（经我个人测试，上面的那两句注释后不影响）。

lua_newlib(pL, arraylib_f)创建了一个新的表，并把这些函数注册到这个表中。

在lua_openarray方法中，虽然创建了LuaBook.array元表，但是绑定元表的过程在newarray中。

#include <cstdio>
#include <string>#include "lua.hpp"extern "C"
{#include "bool_array.h"
}int main()
{char buffer[256];int error = 0;//打开lualua_State* pL = luaL_newstate();//打开所有的标准库luaL_openlibs(pL);//注册函数luaL_requiref(pL, "array", lua_openarray, 1);lua_pop(pL, 1);while (fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin) != NULL){//编译用户输入的每一行内容，并向栈中压入编译后得到的函数//以保护模式弹出编译后的函数运行error = luaL_loadstring(pL, buffer) || lua_pcall(pL, 0, 0, 0);if (error){fprintf(stderr, "%s\n", lua_tostring(pL, -1));lua_pop(pL, 1);}}lua_close(pL);return 0;
}

然后则是把布尔数组加载进来，它主要的代码是这句：

 //注册函数luaL_requiref(pL, "array", lua_openarray, 1);

到这一步，我们已经注册了一个array.new方法在lua环境中了。

运行上述程序，我们就可以愉快的玩耍了，示例如下：

a = array.new(100)
a[3] = true
print(a[3])
print(a)

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