'math.random' using the xorshift128+ algorithm
This commit is contained in:
273
lmathlib.c
273
lmathlib.c
@@ -1,5 +1,5 @@
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/*
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/*
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** $Id: lmathlib.c,v 1.118 2016/12/20 18:37:00 roberto Exp roberto $
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** $Id: lmathlib.c,v 1.119 2016/12/22 13:08:50 roberto Exp roberto $
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||||||
** Standard mathematical library
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** Standard mathematical library
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** See Copyright Notice in lua.h
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** See Copyright Notice in lua.h
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*/
|
*/
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@@ -10,6 +10,7 @@
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#include "lprefix.h"
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#include "lprefix.h"
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#include <limits.h>
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#include <stdlib.h>
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#include <stdlib.h>
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#include <math.h>
|
#include <math.h>
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@@ -23,19 +24,6 @@
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#define PI (l_mathop(3.141592653589793238462643383279502884))
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#define PI (l_mathop(3.141592653589793238462643383279502884))
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#if !defined(l_rand) /* { */
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#if defined(LUA_USE_POSIX)
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#define l_rand() random()
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#define l_srand(x) srandom(x)
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#define L_RANDMAX 2147483647 /* (2^31 - 1), following POSIX */
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#else
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#define l_rand() rand()
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#define l_srand(x) srand(x)
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#define L_RANDMAX RAND_MAX
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#endif
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#endif /* } */
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static int math_abs (lua_State *L) {
|
static int math_abs (lua_State *L) {
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||||||
if (lua_isinteger(L, 1)) {
|
if (lua_isinteger(L, 1)) {
|
||||||
lua_Integer n = lua_tointeger(L, 1);
|
lua_Integer n = lua_tointeger(L, 1);
|
||||||
@@ -239,47 +227,6 @@ static int math_max (lua_State *L) {
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|||||||
return 1;
|
return 1;
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}
|
}
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||||||
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/*
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** This function uses 'double' (instead of 'lua_Number') to ensure that
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** all bits from 'l_rand' can be represented, and that 'RANDMAX + 1.0'
|
|
||||||
** will keep full precision (ensuring that 'r' is always less than 1.0.)
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*/
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||||||
static int math_random (lua_State *L) {
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||||||
lua_Integer low, up;
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||||||
double r = (double)l_rand() * (1.0 / ((double)L_RANDMAX + 1.0));
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switch (lua_gettop(L)) { /* check number of arguments */
|
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||||||
case 0: { /* no arguments */
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||||||
lua_pushnumber(L, (lua_Number)r); /* Number between 0 and 1 */
|
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||||||
return 1;
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||||||
}
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||||||
case 1: { /* only upper limit */
|
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||||||
low = 1;
|
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||||||
up = luaL_checkinteger(L, 1);
|
|
||||||
break;
|
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||||||
}
|
|
||||||
case 2: { /* lower and upper limits */
|
|
||||||
low = luaL_checkinteger(L, 1);
|
|
||||||
up = luaL_checkinteger(L, 2);
|
|
||||||
break;
|
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||||||
}
|
|
||||||
default: return luaL_error(L, "wrong number of arguments");
|
|
||||||
}
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||||||
/* random integer in the interval [low, up] */
|
|
||||||
luaL_argcheck(L, low <= up, 1, "interval is empty");
|
|
||||||
luaL_argcheck(L, low >= 0 || up <= LUA_MAXINTEGER + low, 1,
|
|
||||||
"interval too large");
|
|
||||||
r *= (double)(up - low) + 1.0;
|
|
||||||
lua_pushinteger(L, (lua_Integer)r + low);
|
|
||||||
return 1;
|
|
||||||
}
|
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||||||
|
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||||||
|
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||||||
static int math_randomseed (lua_State *L) {
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||||||
l_srand((unsigned int)(lua_Integer)luaL_checknumber(L, 1));
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||||||
(void)l_rand(); /* discard first value to avoid undesirable correlations */
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||||||
return 0;
|
|
||||||
}
|
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||||||
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||||||
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||||||
static int math_type (lua_State *L) {
|
static int math_type (lua_State *L) {
|
||||||
if (lua_type(L, 1) == LUA_TNUMBER) {
|
if (lua_type(L, 1) == LUA_TNUMBER) {
|
||||||
@@ -296,6 +243,217 @@ static int math_type (lua_State *L) {
|
|||||||
}
|
}
|
||||||
|
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||||||
|
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||||||
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||||||
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/*
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|
** {==================================================================
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|
** Pseudo-Random Number Generator based on 'xorshift128+'.
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||||||
|
** ===================================================================
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
|
||||||
|
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||||||
|
#define twotomin53 (1.0 / 9007199254740992.0) /* 2^-53 */
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||||||
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||||||
|
#if defined(LLONG_MAX) && !defined(LUA_DEBUG) /* { */
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/*
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|
** Assume long long.
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*/
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|
/* a 64-bit value */
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||||||
|
typedef unsigned long long I;
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||||||
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|
||||||
|
static I xorshift128plus (I *state) {
|
||||||
|
I x = state[0];
|
||||||
|
I y = state[1];
|
||||||
|
state[0] = y;
|
||||||
|
x ^= x << 23;
|
||||||
|
state[1] = x ^ y ^ (x >> 18) ^ (y >> 5);
|
||||||
|
return state[1] + y;
|
||||||
|
}
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||||||
|
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||||||
|
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||||||
|
#define mask53 (~(~0ll << 53))
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||||||
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/*
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||||||
|
** Convert 53 bits from a random integer into a double in the
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||||||
|
** interval [0,1).
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|
*/
|
||||||
|
static double I2d (I x) {
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||||||
|
return (x & mask53) * twotomin53;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
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||||||
|
/* convert an 'I' to a lua_Integer */
|
||||||
|
#define I2Int(x) ((lua_Integer)(x))
|
||||||
|
|
||||||
|
/* convert a lua_Integer to an 'I' */
|
||||||
|
#define Int2I(x) ((I)(x))
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||||||
|
|
||||||
|
#else /* }{ */
|
||||||
|
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||||||
|
/*
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||||||
|
** No long long; Use two 32-bit integers to represent a 64-bit quantity.
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
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||||||
|
#if LUAI_BITSINT >= 32
|
||||||
|
typedef unsigned int lu_int32;
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|
#else
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||||||
|
typedef unsigned long lu_int32;
|
||||||
|
#endif
|
||||||
|
|
||||||
|
/* a 64-bit value */
|
||||||
|
typedef struct I {
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||||||
|
lu_int32 x1, x2;
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||||||
|
} I;
|
||||||
|
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||||||
|
|
||||||
|
/*
|
||||||
|
** basic operations on 'I' values
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
|
||||||
|
static I pack (int x1, int x2) {
|
||||||
|
I result;
|
||||||
|
result.x1 = x1;
|
||||||
|
result.x2 = x2;
|
||||||
|
return result;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static I Ishl (I i, int n) {
|
||||||
|
return pack((i.x1 << n) | (i.x2 >> (32 - n)), i.x2 << n);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static I Ishr (I i, int n) {
|
||||||
|
return pack(i.x1 >> n, (i.x2 >> n) | (i.x1 << (32 - n)));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static I Ixor (I i1, I i2) {
|
||||||
|
return pack(i1.x1 ^ i2.x1, i1.x2 ^ i2.x2);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static I Iadd (I i1, I i2) {
|
||||||
|
I result = pack(i1.x1 + i2.x1, i1.x2 + i2.x2);
|
||||||
|
if (result.x2 < i1.x2) /* carry? */
|
||||||
|
result.x1++;
|
||||||
|
return result;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
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||||||
|
/*
|
||||||
|
** implementation of 'xorshift128+' algorithm on 'I' values
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
static I xorshift128plus (I *state) {
|
||||||
|
I x = state[0];
|
||||||
|
I y = state[1];
|
||||||
|
state[0] = y;
|
||||||
|
x = Ixor(x, Ishl(x, 23)); /* x ^= x << 23; */
|
||||||
|
/* s[1] = x ^ y ^ (x >> 18) ^ (y >> 5); */
|
||||||
|
state[1] = Ixor(Ixor(Ixor(x, y), Ishr(x, 18)), Ishr(y, 5));
|
||||||
|
return Iadd(state[1], y); /* return state[1] + y; */
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
/*
|
||||||
|
** Converts an 'I' into a double, getting its lower half plus 21
|
||||||
|
** (53 - 32) bits from its higher half and joining them into a double.
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
|
||||||
|
#define mask32 0xffffffff
|
||||||
|
#define mask21 (~(~0 << 21))
|
||||||
|
|
||||||
|
#define twoto32 4294967296.0 /* 2^32 */
|
||||||
|
|
||||||
|
static double I2d (I x) {
|
||||||
|
return ((x.x1 & mask21) * twoto32 + (x.x2 & mask32)) * twotomin53;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static lua_Integer I2Int (I x) {
|
||||||
|
return (((lua_Integer)x.x1 << 31) << 1) | x.x2;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
static I Int2I (lua_Integer n) {
|
||||||
|
return pack(n, (n >> 31) >> 1);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#endif /* } */
|
||||||
|
|
||||||
|
|
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|
/*
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||||||
|
** A state uses two 'I' values.
|
||||||
|
*/
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|
typedef struct {
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|
I s[2];
|
||||||
|
} RanState;
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|
static int math_random (lua_State *L) {
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||||||
|
lua_Integer low, up;
|
||||||
|
double r;
|
||||||
|
RanState *state = (RanState *)lua_touserdata(L, lua_upvalueindex(1));
|
||||||
|
I rv = xorshift128plus(state->s); /* next pseudo-random value */
|
||||||
|
switch (lua_gettop(L)) { /* check number of arguments */
|
||||||
|
case 0: { /* no arguments */
|
||||||
|
lua_pushnumber(L, (lua_Number)I2d(rv)); /* float between 0 and 1 */
|
||||||
|
return 1;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
case 1: { /* only upper limit */
|
||||||
|
low = 1;
|
||||||
|
up = luaL_checkinteger(L, 1);
|
||||||
|
if (up == 0) { /* single 0 as argument? */
|
||||||
|
lua_pushinteger(L, I2Int(rv)); /* full random integer */
|
||||||
|
return 1;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
case 2: { /* lower and upper limits */
|
||||||
|
low = luaL_checkinteger(L, 1);
|
||||||
|
up = luaL_checkinteger(L, 2);
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
default: return luaL_error(L, "wrong number of arguments");
|
||||||
|
}
|
||||||
|
/* random integer in the interval [low, up] */
|
||||||
|
luaL_argcheck(L, low <= up, 1, "interval is empty");
|
||||||
|
luaL_argcheck(L, low >= 0 || up <= LUA_MAXINTEGER + low, 1,
|
||||||
|
"interval too large");
|
||||||
|
r = I2d(rv); /* convert random value to a double */
|
||||||
|
r *= (double)(up - low) + 1.0; /* scale it */
|
||||||
|
lua_pushinteger(L, (lua_Integer)r + low);
|
||||||
|
return 1;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
static void setseed (I *state, lua_Integer n) {
|
||||||
|
int i;
|
||||||
|
state[0] = Int2I(n);
|
||||||
|
state[1] = Int2I(~n);
|
||||||
|
for (i = 0; i < 16; i++)
|
||||||
|
xorshift128plus(state); /* discard initial values */
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
static int math_randomseed (lua_State *L) {
|
||||||
|
RanState *state = (RanState *)lua_touserdata(L, lua_upvalueindex(1));
|
||||||
|
lua_Integer n = luaL_checkinteger(L, 1);
|
||||||
|
setseed(state->s, n);
|
||||||
|
return 0;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
static const luaL_Reg randfuncs[] = {
|
||||||
|
{"random", math_random},
|
||||||
|
{"randomseed", math_randomseed},
|
||||||
|
{NULL, NULL}
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
static void setrandfunc (lua_State *L) {
|
||||||
|
RanState *state = (RanState *)lua_newuserdatauv(L, sizeof(RanState), 0);
|
||||||
|
setseed(state->s, 0);
|
||||||
|
luaL_setfuncs(L, randfuncs, 1);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/* }================================================================== */
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
/*
|
/*
|
||||||
** {==================================================================
|
** {==================================================================
|
||||||
** Deprecated functions (for compatibility only)
|
** Deprecated functions (for compatibility only)
|
||||||
@@ -367,8 +525,6 @@ static const luaL_Reg mathlib[] = {
|
|||||||
{"min", math_min},
|
{"min", math_min},
|
||||||
{"modf", math_modf},
|
{"modf", math_modf},
|
||||||
{"rad", math_rad},
|
{"rad", math_rad},
|
||||||
{"random", math_random},
|
|
||||||
{"randomseed", math_randomseed},
|
|
||||||
{"sin", math_sin},
|
{"sin", math_sin},
|
||||||
{"sqrt", math_sqrt},
|
{"sqrt", math_sqrt},
|
||||||
{"tan", math_tan},
|
{"tan", math_tan},
|
||||||
@@ -384,6 +540,8 @@ static const luaL_Reg mathlib[] = {
|
|||||||
{"log10", math_log10},
|
{"log10", math_log10},
|
||||||
#endif
|
#endif
|
||||||
/* placeholders */
|
/* placeholders */
|
||||||
|
{"random", NULL},
|
||||||
|
{"randomseed", NULL},
|
||||||
{"pi", NULL},
|
{"pi", NULL},
|
||||||
{"huge", NULL},
|
{"huge", NULL},
|
||||||
{"maxinteger", NULL},
|
{"maxinteger", NULL},
|
||||||
@@ -405,6 +563,7 @@ LUAMOD_API int luaopen_math (lua_State *L) {
|
|||||||
lua_setfield(L, -2, "maxinteger");
|
lua_setfield(L, -2, "maxinteger");
|
||||||
lua_pushinteger(L, LUA_MININTEGER);
|
lua_pushinteger(L, LUA_MININTEGER);
|
||||||
lua_setfield(L, -2, "mininteger");
|
lua_setfield(L, -2, "mininteger");
|
||||||
|
setrandfunc(L);
|
||||||
return 1;
|
return 1;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|||||||
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