LuaJITのFFI（Foreign Function Interface）は、LuaコードからC言語ライブラリを直接呼び出すための強力な仕組みです。この機能を活用することで、高パフォーマンスな外部ライブラリとシームレスに連携することが可能です。以下では、FFIの高度な利用法と実際のバインディング例を解説します。

主要なFFIバインディングカテゴリ

• システム基盤：ljsyscall（Linuxシステムコール）、luapower/winapi（Win32 API）、luapower/pthread（POSIXスレッド）
• データベース：lsqlite3-ffi（SQLite）、mongolua（MongoDB）
• グラフィックス：LuaJIT-SDL2、luapower/cairo（Cairoライブラリ）
• 音声/映像：ffmpeg-lua-ffi、openal-lua-ffi
• ネットワーク：lua-zmq（ZeroMQ）、luajit-ffi-enet
• 暗号化：luapower/sha2、lua-resty-scrypt

多くの開発者は、必要な機能のみを限定的にバインディングします。例えば、zlibのバインディングは数行で実現可能です。

パラメータ化型の活用

FFIのパラメータ化型は、C型宣言を動的に生成する機能です。LuaJIT 2.0.1以降でサポートされています。

local matrix = ffi.typeof("float[$][$]", rows, cols)
local array = ffi.typeof("$*", int_type)

パラメータの種類はctype、string、numberです。例えば：

• ctype/cdata：型の派生に使用。例：ffi.typeof("$*", ct) はctへのポインタ
• string：識別子やキーワードとして使用
• number：整数値として使用（配列サイズなど）

汎用スタックの実装例：

local function create_stack(elem_type)
  local stack_type = ffi.typeof("struct { int size; int capacity; $* data; }", elem_type)
  return ffi.metatype(stack_type, {
    __new = function(tp, cap)
      return ffi.new(tp, cap, 0, ffi.new(elem_type, cap))
    end,
    push = function(self, val)
      if self.size >= self.capacity then error("overflow") end
      self.data[self.size] = val
      self.size += 1
    end,
    pop = function(self)
      if self.size <= 0 then error("underflow") end
      self.size -= 1
      return self.data[self.size]
    end
  })
end

local int_stack = create_stack(ffi.typeof("int"))
int_stack:push(42)
print(int_stack:pop())  -- 42

コールバック制限の回避策

C APIのコールバックで値渡しの構造体を使用する場合、FFIでは直接扱えません。ポインタ経由でアクセスする方法があります。

local function create_cursor_visitor(storage)
  return function(cursor_ptr, parent_ptr, client_data)
    local cursor = ffi.new("CXCursor", cursor_ptr[0])
    table.insert(storage, cursor)
    return lib.CXChildVisit_Continue
  end
end

local storage = {}
local callback = ffi.cast("CXCursorVisitor_WithPointers", create_cursor_visitor(storage))
lib.clang_visitChildren(cptr, callback, nil)

FFI技術知識

cdataポインタをLua数値に変換

local address = tonumber(ffi.cast("uintptr_t", ptr))

構造体内の定数

ffi.cdef[[
  struct example {
    static const int VALUE = 100;
  };
]]

local obj = ffi.new("struct example")
print(obj.VALUE)  -- 100