茅侃侃
扩展Lua的基本方法之一就是为应用程序注册新的C函数到Lua中去。当我们提到Lua可以调用C函数，不是指Lua可以调用任何类型的C函数（有一些包可以让Lua调用任意的C函数，但缺乏便捷和健壮性）。正如我们前面所看到的，当C调用Lua函数的时候，必须遵循一些简单的协议来传递参数和获取返回结果。相似的，从Lua中调用C函数，也必须遵循一些协议来传递参数和获得返回结果。另外，从Lua调用C函数我们必须注册函数，也就是说，我们必须把C函数的地址以一个适当的方式传递给Lua解释器。当Lua调用C函数的时候，使用和C调用Lua相同类型的栈来交互。C函数从栈中获取她的参数，调用结束后将返回结果放到栈中。为了区分返回结果和栈中的其他的值，每个C函数还会返回结果的个数（the function returns (in C) the number of results it is leaving on the stack.）。这儿有一个重要的概念：用来交互的栈不是全局变量，每一个函数都有他自己的私有栈。当Lua调用C函数的时候，第一个参数总是在这个私有栈的index=1的位置。甚至当一个C函数调用Lua代码（Lua代码调用同一个C函数或者其他的C函数），每一个C函数都有自己的独立的私有栈，并且第一个参数在index=1的位置。26.1 C 函数先看一个简单的例子，如何实现一个简单的函数返回给定数值的sin值（更专业的实现应该检查他的参数是否为一个数字）：static int l_sin (lua_State *L) {double d = lua_tonumber(L, 1); /* get argument */lua_pushnumber(L, sin(d)); /* push result */return 1; /* number of results */}任何在Lua中注册的函数必须有同样的原型，这个原型声明定义就是lua.h中的lua_CFunction：typedef int (*lua_CFunction) (lua_State *L);从C的角度来看，一个C函数接受单一的参数Lua state，返回一个表示返回值个数的数字。所以，函数在将返回值入栈之前不需要清理栈，函数返回之后，Lua自动的清除栈中返回结果下面的所有内容。我们要想在Lua使用这个函数，还必须首先注册这个函数。我们使用lua_pushcfunction来完成这个任务：他获取指向C函数的指针，并在Lua中创建一个function类型的值来表示这个函数。一个quick-and-dirty的解决方案是将这段代码直接放到lua.c文件中，并在调用lua_open后面适当的位置加上下面两行：lua_pushcfunction(l, l_sin);lua_setglobal(l, "mysin");第一行将类型为function的值入栈，第二行将function赋值给全局变量mysin。这样修改之后，重新编译Lua，你就可以在你的Lua程序中使用新的mysin函数了。在下面一节，我们将讨论以比较好的方法将新的C函数添加到Lua中去。对于稍微专业点的sin函数，我们必须检查sin的参数的类型。有一个辅助库中的luaL_checknumber函数可以检查给定的参数是否为数字：当有错误发生的时候，将抛出一个错误信息；否则返回作为参数的那个数字。将上面我们的函数稍作修改：static int l_sin (lua_State *L) {double d = luaL_checknumber(L, 1);lua_pushnumber(L, sin(d));return 1; /* number of results */}根据上面的定义，如果你调用mysin('a'),会得到如下信息：bad argument #1 to 'mysin' (number expected, got string)注意看看luaL_checknumber是如何自动使用：参数number（1），函数名（"mysin"），期望的参数类型（"number"），实际的参数类型（"string"）来拼接最终的错误信息的。下面看一个稍微复杂的例子：写一个返回给定目录内容的函数。Lua的标准库并没有提供这个函数，因为ANSI C没有可以实现这个功能的函数。在这儿，我们假定我们的系统符合POSIX标准。我们的dir函数接受一个代表目录路径的字符串作为参数，以数组的形式返回目录的内容。比如，调用dir("/home/lua")可能返回{".", "..", "src", "bin", "lib"}。当有错误发生的时候，函数返回nil加上一个描述错误信息的字符串。#include <dirent.h>#include <errno.h>static int l_dir (lua_State *L) {DIR *dir;struct dirent *entry;int i;const char *path = luaL_checkstring(L, 1);/* open directory */dir = opendir(path);if (dir == NULL) { /* error opening the directory? */lua_pushnil(L); /* return nil and ... */lua_pushstring(L, strerror(errno)); /* error message */return 2; /* number of results */}/* create result table */lua_newtable(L);i = 1;while ((entry = readdir(dir)) != NULL) {lua_pushnumber(L, i++); /* push key */lua_pushstring(L, entry->d_name); /* push value */lua_settable(L, -3);}closedir(dir);return 1; /* table is already on top */}辅助库的luaL_checkstring函数用来检测参数是否为字符串，与luaL_checknumber类似。（在极端情况下，上面的l_dir的实现可能会导致小的内存泄漏。调用的三个Lua函数lua_newtable、lua_pushstring和lua_settable可能由于没有足够的内存而失败。其中任何一个调用失败都会抛出错误并且终止l_dir，这种情况下，不会调用closedir。正如前面我们所讨论过的，对于大多数程序来说这不算个问题：如果程序导致内存不足，最好的处理方式是立即终止程序。另外，在29章我们将看到另外一种解决方案可以避免这个问题的发生）26.2 C 函数库一个Lua库实际上是一个定义了一系列Lua函数的chunk，并将这些函数保存在适当的地方，通常作为table的域来保存。Lua的C库就是这样实现的。除了定义C函数之外，还必须定义一个特殊的用来和Lua库的主chunk通信的特殊函数。一旦调用，这个函数就会注册库中所有的C函数，并将他们保存到适当的位置。像一个Lua主chunk一样，她也会初始化其他一些在库中需要初始化的东西。Lua通过这个注册过程，就可以看到库中的C函数。一旦一个C函数被注册之后并保存到Lua中，在Lua程序中就可以直接引用他的地址（当我们注册这个函数的时候传递给Lua的地址）来访问这个函数了。换句话说，一旦C函数被注册之后，Lua调用这个函数并不依赖于函数名，包的位置，或者调用函数的可见的规则。通常C库都有一个外部（public/extern）的用来打开库的函数。其他的函数可能都是私有的，在C中被声明为static。当你打算使用C函数来扩展Lua的时候，即使你仅仅只想注册一个C函数，将你的C代码设计为一个库是个比较好的思想：不久的将来你就会发现你需要其他的函数。一般情况下，辅助库对这种实现提供了帮助。luaL_openlib函数接受一个C函数的列表和他们对应的函数名，并且作为一个库在一个table中注册所有这些函数。看一个例子，假定我们想用一个我们前面提过的l_dir函数创建一个库。首先，我们必须定义库函数：static int l_dir (lua_State *L) {... /* as before */}第二步，我们声明一个数组，保存所有的函数和他们对应的名字。这个数组的元素类型为luaL_reg：是一个带有两个域的结构体，一个字符串和一个函数指针。static const struct luaL_reg mylib [] = {{"dir", l_dir},{NULL, NULL} /* sentinel */};在我们的例子中，只有一个函数l_dir需要声明。注意数组中最后一对必须是{NULL, NULL}，用来表示结束。第三步，我们使用luaL_openlib声明主函数：int luaopen_mylib (lua_State *L) {luaL_openlib(L, "mylib", mylib, 0);return 1;}luaL_openlib的第二个参数是库的名称。这个函数按照指定的名字创建(或者reuse)一个表，并使用数组mylib中的name-function对填充这个表。luaL_openlib还允许我们为库中所有的函数注册公共的upvalues。例子中不需要使用upvalues，所以最后一个参数为0。luaL_openlib返回的时候，将保存库的表放到栈内。luaL_openlib函数返回1，返回这个值给Lua。（The luaopen_mylib function returns 1 to return this value to Lua）（和Lua库一样，这个返回值是可选的，因为库本身已经赋给了一个全局变量。另外，像在Lua标准库中的一样，这个返回不会有额外的花费，在有时候可能是有用的。）完成库的代码编写之后，我们必须将它链接到Lua解释器。最常用的方式使用动态连接库，如果你的Lua解释器支持这个特性的话（我们在8.2节已经讨论过了动态连接库）。在这种情况下，你必须用你的代码创建动态连接库（windows下.dll文件，linux下.so文件）。到这一步，你就可以在Lua中直接使用loadlib加载你刚才定义的函数库了，下面这个调用：mylib = loadlib("fullname-of-your-library", "luaopen_mylib")将luaopen_mylib函数转换成Lua中的一个C函数，并将这个函数赋值给mylib（那就是为什么luaopen_mylib必须和其他的C函数有相同的原型的原因所在）。然后，调用mylib()，将运行luaopen_mylib打开你定义的函数库。如果你的解释器不支持动态链接库，你必须将你的新的函数库重新编译到你的Lua中去。除了这以外，还不要一些方式告诉独立运行的Lua解释器，当他打开一个新的状态的时候必须打开这个新定义的函数库。宏定义可以很容易实现这个功能。第一，你必须使用下面的内容创建一个头文件（我们可以称之为mylib.h）：int luaopen_mylib (lua_State *L);#define LUA_EXTRALIBS { "mylib", luaopen_mylib },第一行声明了打开库的函数。第二行定义了一个宏LUA_EXTRALIBS作为函数数组的新的入口，当解释器创建新的状态的时候会调用这个宏。（这个函数数组的类型为struct luaL_reg[]，因此我们需要将名字也放进去）为了在解释器中包含这个头文件，你可以在你的编译选项中定义一个宏LUA_USERCONFIG。对于命令行的编译器，你只需添加一个下面这样的选项即可：-DLUA_USERCONFIG=\"mylib.h\"（反斜线防止双引号被shell解释，当我们在C中指定一个头文件时，这些引号是必需的。）在一个整合的开发环境中，你必须在工程设置中添加类似的东西。然后当你重新编译lua.c的时候，它包含mylib.h，并且因此在函数库的列表中可以用新定义的LUA_EXTRALIBS来打开函数库。