Lua5.2如何实现C调用中的Continuation

Lua 5.2 最重大的改进，末过于 "yieldable pcall and metamethods" 。这需要克服一个难题：如何在 C 函数调用中，正确的 yield 回 resume 调用的位置。

resume 的发起总是通过一次lua_resume的调用，在 Lua 5.1 以前，yield 的调用必定结束于一次lua_yield调用，而调用它的 C 函数必须立刻返回。中间不能有任何 C 函数执行到中途的状态。这样，Lua VM 才能正常工作。

(C)lua_resume -> Lua functions -> coroutine.yield
-> (C)lua_yield -> (C) return
在这个流程中，无论 Lua functions 有多少层，都被 lua state 中的 lua stack 管理。所以当最后 C return 返回到最初 resume 点，都不存在什么问题，可以让下一次 resume 正确继续。也就是说，在 yield 时，lua stack 上可以有没有执行完的 lua 函数，但不可以有没有执行完的 C 函数。

如果我们写了这么一个 C 扩展，在 C function 里回调了传入的一个 Lua 函数。情况就变得不一样了。

(C)lua_resume -> Lua function -> C function
-> (C) lua_call -> Lua function
-> coroutine.yield -> (C)lua_yield
C 通过lua_call调用的 Lua 函数中再调用 coroutine.yield 会导致在 yield 之后，再次 resume 时，不再可能从lua_call的下一行继续运行。lua 在遇到这种情况时，会抛出一个异常 "attempt to yield across metamethod/C-call boundary" 。

在 5.2 之前，有人试图解决这个问题，去掉 coroutine 的这些限制。比如Coco这个项目。它用操作系统的协程来解决这个问题 (例如，在 Windows 上使用Fiber)。即给每个 lua coroutine 真的附在一个 C 协程上，独立一个 C 堆栈。

这样的方案开销较大，且依赖平台特性。到了 Lua 5.2 中，则换了一个更彻底的方案解决这个问题。

其实，需要解决的问题是在 C 和 Lua 的边界时，如果在 yield 之后，resume 如何继续运行 C 边界之后的 C 代码。

当只有一个 C 堆栈时，只能从调用深处跳出来（使用 longjmp），却无法回到那个位置（因为一旦跳出，堆栈就被破坏）。Lua 5.2 想了一个巧妙的方法来解决这个问题。

C 进入 Lua 的边界一共有四个 API ：lua_call,lua_pcall,lua_resume和lua_yield。其中要解决的关键问题在于 call 一个 lua function 有两条返回路径。

lua function 的正常返回应该执行lua_call调用后面的 C 代码，而中途如果 yield 发生，回导致执行序回到前面lua_resume调用处的下一行 C 代码执行。对于后一种，在后续的某次lua_resume发生后，lua coroutine 结束，还需要回到lua_call之后完成后续的 C 执行逻辑。C 语言是不允许这样做的，因为当初的 C 堆栈已经不存在了。

Lua 5.2 提供了新的 API ：lua_callk来解决这个问题。既然无法在 yield 之后，C 的执行序无法回到lua_callk的下一行代码，那么就让 C 语言使用者自己提供一个 Continuation 函数 k 来继续。

我们可以这样理解 k 这个参数：当lua_callk调用的 lua 函数中没有发生 yield 时，它会正常返回。一旦发生 yield ，调用者要明白，C 代码无法正常延续，而 lua vm 会在需要延续时调用 k 来完成后续工作。

k 会得到正确的 L 保持正确的 lua state 状态，看起来就好像用一个新的 C 执行序替代掉原来的 C 执行序一样。

典型的用法就是在一个 C 函数调用的最后使用 callk ：

lua_callk(L, 0, LUA_MULTRET, 0, k);
return k(L);
也就是把 callk 后面的执行逻辑放在一个独立 C 函数 k 中，分别在 callk 后调用它，或是传递给框架，让框架在 resume 后调用。

这里，lua 状态机的状态被正确保存在 L 中，而 C 函数堆栈会在 yield 后被破坏掉。如果我们需要在 k 中得到延续点前的 C 函数状态怎么办呢？lua 提供了 ctx 用于辅助记录 C 中的状态。

在 k 中，可以通过lua_getctx获得最近一次边界调用时传入的 k 。lua_getctx返回两个参数，分别是 k 和当前所处的执行位置。是原始函数（没有被 yield 打断的），还是在被 yield 打断后的延续点函数中。这有一点点像 setjmp 或 fork 的接口设计。

作者：云风

补充：软件开发 , C语言 ,