Lua内置库的实现(一)_math模块（一）_从math模块看Lua的模块注册机制

内置库的实现_从math模块看Lua的模块注册机制

        Lua5.2自带了几个库，实现了一般应用最基本的需求。这些库的实现仅仅使用了Lua官方手册中提到的API，对Lua核心部分的代码几乎没有依赖，所以最易于阅读。阅读这些库的实现，也可以加深对Lua API的印象，方便我们自己扩展Lua。

注意：在看这个之前要先了解Lua和C之间的交换数据的机制，因为Lua和C之间交互有2个问题：1.动态和静态类型系统的不匹配，2.自动和手动内存管理的不一致。（Lua
与C调用点击连接）

        数学库是最简单的一个。它导入了若干数学函数，和两个常量pi与huge。下面代码是如何把一组API以及常量导入Lua的。

/*源代码1*/
static const luaL_Reg mathlib [] = {
{"abs", 	math_abs},
{"acos", 	math_acos},
{"asin", 	math_asin},
{"atan2", 	math_atan2},
{"atan", 	math_atan},
{"ceil", 	math_ceil},
{"cosh", 	math_cosh},
{"cos", 	math_cos},
{"deg", 	math_deg},
{"exp", 	math_exp},
{"floor", 	math_floor},
}

        没有列完这段代码，后面雷同。Lua使用一个结构luaL_Reg数组来描述需要注入的函数和名字。结构体前缀是luaL而不是lua，是因为这并非Lua的核心API部分。利用luaL_newlib可以把这组函数注入一个table。代码如下：

/*源代码2*/
LUAMOD_API int luaopen_math (lua_State *L){
luaL_newlib(L, mathlib);
lua_pushnumber(L, PI);
lua_setfield(L, -2, "pi");
lua_pushnumber(L, HUGE_VAL);
lua_setfield(L, -2, "huge");
return 1;
}

API 有一系列压栈的函数，它将每种可以用 C 来描述的Lua 类型压栈:

空值（nil) 用 lua_pushnil
数值型（double)用 lua_pushnumber
布尔型（在 C 中用整数表示)用 lua_pushboolean
任意的字符串(char*类型，允许包含'\0'字符)用 lua_pushlstring
C语言风格(以'\0'结束)的字符串(const   char*)用 lua_pushstring   

luaL_newlib是定义在lauxlib.h里的一个宏，在源代码3中可以看到，它仅仅是创建了一个table,然后把数组里的函数放进去而已。这个API在Lua的公开手册里有明确定义。

/*源代码3*/
#define luaL_newlibtable(L, l)
lua_createtble(L, 0, sizeof(l)/sizeof((l)[0]) - 1)

#define luaL_newlib(L, l)
(luaL_newlibtable(L,l), luaL_setfuncs(L,l,0))

         注入这些函数使用的是Lua 5.2新加的API luaL_setfuncs, 引入这个API是因为Lua5.2 取消了环境（点击环境介绍）。那么，为了让C函数可以有附加一些额外的信息，就需要利用upvalue(给函数绑上upvalue取代之前给C函数使用的环境表，是Lua作者推荐的做法。不过要留意：lua5.2引入轻量C函数的概念，没有upvalue的C函数将是一个和lightuserdata一样轻量级的值。不给不必要的C函数绑上upvalue可以使Lua程序得到一定的优化。为了把需求不同的C函数区别对待，可以通过多次调用luaL_setfuncs来实现)。

         Lua5.2 简化了C扩展模块的定义方式，不再要求模块创建全局表。对于C模块，以luaopen为前缀导出API，通常是返回一张存有模块内涵数的表。这可以精简设计，Lua中require 的行为仅仅只是用来加载一个预定义的模块，并阻止重复加载而已；而不用关心载入的模块内的函数放在哪里。
    luaL_setfuncs在源代码4里列出了实现，它把数组l中的所有函数注册入栈顶的table，并给所有函数绑上nup个upvalue。

/*源代码4*/
LUALIB_API void luaL_setfuncs(lua_State *L, const luaL_Reg *l, int nup){
luaL_checkversion(L);
luaL_checkstack(L, nup, "too_many_upvalue");
for(; l->name != NULL; i++){/* fill the table with given functions*/
int i;
for(i = 0; i < nup; i++)/*copy upvalues to the top*/
lua_pushvalue(L, -nup);
lua_pushclosure(L, l->func, nup);/*closure with those upvalues*/
lua_setfield(L, -(nup + 2), l->name);
}
lua_pop(L, nup);/*remove upvalues*/
}