Lua内置库的实现(一)_math模块（二）_math模块API实现

 math模块API实现

       math模块内的各个数学函数的实现中规中矩，就是使用的Lua手册里给出的API来实现的。

        Lua的扩展方式是编写一个原型为int lua_CFunction (lua_State *L)的函数。L对于使用者来说，不必关心其内部结构。实际上，公开API定义所在的lua. h中也没有lua_State的结构定义。对于一个用C编写的系统，模块化设计的重点在于接口的简洁和稳定。数据结构的细节和内存布局最好能藏在实现层面，Lua的API设计在这方面做了一个很好的示范。这个函数通常不会也不建议被C程序的其它部分直接调用，所以一般藏在源文件内部，以static修饰之。

       Lua的C函数以堆栈的形式和Lua虚拟机交换数据，由一系列API从L中取出值，经过一番处理，压回L中的堆栈。具体的使用方式见Lua手册。

/* 源代码2.5 lmathlib.c:l_tg */#if !defined(l_tg)#define l_tg(x)#endifstatic int math_abs (lua_State *L){lua_pushnumber(L, l_tg(fabs)(luaL_checknumber(L, l)));return 1;}static int math_sin (lua_State *L){lua_pushnumber(L, l_tg(sin)(luaL_checknumber(L, l)));return 1;}static int math_sinh (lua_State *L){lua_pushnumber(L, l_tg(sinh)(luaL_checknumber(L, l)));return 1;}

         稍微值得留意的是，在这里还定义了一个宏l_tg。可以看出Lua在可定制性上的考虑。当你想把Lua的Number类型修改为long double时，便可以通过修改这个宏定义，改变操作Number的C函数。比如使用sinl(或是使用sinf操作float类型)而不是sin
    我们再看另一小段代码:math.log的实现:

/* 源代码2.6 lmathlib.c:log */static int math_log(lua_State *L){lua_Number x = luaL_checknumber(L, l);lua_Number res;if (lua_isnoneornil(L, 2)) thenres = l_log(log)(x);else{lua_Number base = luaL_checknumber(L, 2);if (base == 10.0) res = l_tg(log10)(x);else res = l_tg(log)(x)/l_tg(log)(base);}lua_pushnumber(L, res);return l;}#if defined(LUA_COMPAT_LOG10)static int math_log10 (lua_State *L){lua_pushnumber(L, l_tg(log10)(luaL_checknumber(L, l)));return l;}#endif

        这里可以看出Lua对API的锤炼，以及对宿主语言C语言的逐步脱离。早期的版本中，是有math.log和math.logl0两个API的。目前1og10这个版本仅仅考虑兼容因素时才存在。这缘于C语言中也有1og10的API。但从语义上来看，只需要一个lob函数就够了。(因为人类更习惯用十进制计数，而计算机则内部运行采用的是二进制。由于浮点数表示误差的缘故，log(x)/log(10)往往并不严格等于log10(x),而是有少许误差，在常用的X86浮点指令集中，CPU硬件支持以10为底的对数计算，在C语言也有独立的函数通过不同的机器指令来实现。)早期的Lua函数看起来更像是对C函数的直接映射、而这些年Lua正向独立语言而演变，在更高的层面设计API就不必再表达实现层面的差别了。
        这一小节最后一段值得一读的是math.random的实现:

/* 源代码2.7 lmathlib.c: random */static int math_random (lua_State *L){/* the '%' avoids the (rare) case of r == 1, and is needed alse because on some some systems (SunOS!) 'rand()' may return a value larger than RAND_MAX*/lua_Number r = (lua_Number)(rand()%RAND_MAX) / (lua_Number)RAND_MAX;switch (lua_gettop(L)){/* check number of arguments*/case 0:{ /* no arguments*/lua_pushnumber(L, r);/* Number between 0 and 1*/break;}case 1:{ /* only upper limit */lua_Number u = luaL_checknumber(L, l);luaL_argcheck(L, 1.0 <= u, 1, "interval_is_empty");lua_pushnumber(L, l_tg(floor)(r*u) + 1.0);/* int in[1, u]*/}case 2:{/* lower and upper limits */lua_Number l = luaL_checknumber(L, 1);lua_Number u = luaL_checknumber(L, 2);lua_argcheck(L, 1 <= u, 2, "interval_is_empty");lua_pushnumber(L, l_tg(floor)(r*(u-l+l)) + l);/*int in [l, u]*/break;}default: return luaL_error (L, "wrong_number_of_arguments");}return 1;}

       用参数个数来区分功能上的微小差异是典型的Lua风格，这是Lua接口设计上的一个惯例。另外、编码中考虑平台差异很考量程序员对各平台细节的了解，例如这里注释中提到的SunOS的rand()的小问题。