我們說用Lua可以調用C語言函數，但這並不意味着Lua可以調用所有的C函數。當C語言調用Lua函數時，該函數必須遵循一個簡單的規則來傳遞參數和獲取結果。同樣，當Lua調用C函數時，這個C函數也必須遵循某種規則來獲取參數和返回結果。此外，當Lua調用C函數時，我們必須註冊該函數，即必須以一種恰當的方式爲Lua提供該C函數的地址。
Lua調用C函數時，也使用一個與C語言調用Lua函數時相同類型的棧，C函數從棧中獲取參數，並將結果壓入棧中。
此處的重點在於，這個棧不是一個全局結構；每個函數都有其私有的局部棧。當Lua調用一個C函數時，第一個參數總是位於這個局部棧中索引爲1的位置。即使一個C函數調用了Lua代碼，而且Lua代碼又再次調用了同一個C函數，這些調用每一次都只會看到本次調用自己的私有棧，其中索引爲1的位置上就是一個參數。
C函數
先舉一個例子，讓我們實現一個簡化版本的正弦函數，該函數返回某個給定數的正弦值：
static int l_sin(lua_State *L){
double d = lua_tonumber(L,1);
lua_pushnumber(L,sin(d));
return 1;
}
所有在Lua中註冊的函數都必須使用一個相同的原型，該原型就是定義在lua.h中的lua_CFunction:
typedef int (*lua_CFunction)(lua_State *L);
從C語言的角度看，這個函數只有一個指向Lua狀態類型的指針作爲參數，返回值爲一個整型數，代表壓入棧中的返回值的個數。因此，該函數在壓入結果前無須清空棧。在該函數返回後，Lua會自動保存返回值並清空整個棧。
在Lua中，調用這個函數前，還必須通過lua_pushcfunction註冊該函數。函數lua_pushcfunction會獲取一個指向C函數的指針，然後在Lua中創建一個"function"類型，代表待註冊的函數。一旦完成註冊，C函數就可以像其他Lua函數一樣行事了。
一種快速測試函數l_sin的方法是，將其代碼放到簡單解釋器中，並將下列代碼添加到luaL_openlibs調用的後面：
lua_pushcfunction(L,l_sin);
lua_setglobal(L,"mysin");
上述代碼的第一行壓入一個函數類型的值，第二行將這個值賦給全局變量mysin。完成這些修改後，我們就可以在Lua腳本中使用新函數mysin了。
要編寫一個更專業的正弦函數，必須檢查其參數的類型，而輔助庫可以幫助我們完成這個任務。函數luaL_checknumber可以檢查指定的參數是否爲一個數字：如果出現錯誤，該函數會拋出一個告知性的錯誤信息；否則，返回這個數字。只需對上面這個正弦函數稍作修改：
static int l_sin(lua_State *L){
double d = luaL_checknumber(L,1);
lua_pushnumber(L,sin(d));
return 1;
}
做了上述修改後，如果調用mysin(‘a’)就會出現如下的錯誤：
bad argument #1 to 'mysin' (number expected, got string)
函數luaL_checknumber會自動用參數的編號(#1)、函數名(“mysin”)、期望的參數類型及實際的參數類型來填寫錯誤信息。
下面是一個更復雜的示例，編寫一個函數返回指定目錄下的內容。由於ISO C中沒有具備這種功能的函數，因此Lua沒有在標準庫中提供這樣的函數。這裏，我們假設使用一個POSIX兼容的操作系統。這個函數以一個目錄路徑字符串作爲參數，返回一個列表，列出該目錄下的內容。例如，調用dir("/home/lua")會得到形如{".","…",“src”,“bin”,“lib”}的表。該函數的完整代碼如下：
一個讀取目錄的函數
#include <dirent.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include "lua.h"
#include "luaxlib.h"
static int l_dir(lua_State *L){
DIR *dir;
struct dirent *entry;
int i;
const char *path = lual_checkstring(L,1);
dir = opendir(path);
if (dir == NULL){
lua_pushnil(L);
lua_pushstring(L,strerror(error));
return 2;
}
lua_newtable(L);
i = 1;
while ((entry = readdir(dir)) != NULL){
lua_pushinteger(L,i++);
lua_pushstring(L,entry -> d_name);
lua_settable(L,3);
}
closedir(dir);
return 1;
}
該函數先使用與luaL_checknumber類似的函數luaL_checkstring檢查目錄路徑是否爲字符串，然後使用函數opendir打開目錄。如果無法打開目錄，該函數會返回nil以及一條用函數strerror獲取的錯誤信息。在打開目錄後，該函數會創建一張新表，然後用目錄中的元素填充這張新表。最後，該函數關閉目錄並返回1，在C語言中即表示該函數將其棧頂的值返回給了Lua。
在某些情況中，l_dir的這種實現可能會造成內存泄露。該函數調用的三個Lua函數均可能由於內存不足而失敗。這三個函數中的任意一個執行失敗都會引發錯誤，並中斷函數l_dir的執行，進而也就無法調用closedir了。
延續
通過lua_pcall和lua_call，一個被Lua調用的C函數也可以回調Lua函數。標準庫中有一些函數就是這麼做的：table.sort調用了排序函數，string.gsub調用了替換函數，pcall和xpcall以保護模式來調用函數。如果你還記得Lua代碼本身就是被C代碼調用的，那麼你應該知道調用順序類似於：C調用Lua，Lua又調用了C，C又調用了Lua。
通常，Lua語言可以處理這種調用順序；畢竟，與C語言的集成是Lua的一大特點。但是，有一種情況下，這種相互調用會有問題，那就是協程。
Lua語言中的每個協程都有自己的棧，其中保存了該協程所掛起調用的信息。具體地說，就是該棧中存儲了每一個調用的返回地址、參數及局部變量。對於Lua函數的調用，解釋器只需要這個棧即可，我們將其成爲軟棧。然而，對於C函數的調用，解釋器必須使用C語言棧。畢竟，C函數的返回地址是局部變量都位於C語言棧中。
對於解釋器來說，擁有多個軟棧並不難；然而，ISO C的運行時環境卻只能擁有一個內部棧。因此，Lua中的協程不能掛起C函數的執行：如果一個C函數位於從resume到對應yield的調用路徑中，那麼Lua無法保存C函數的狀態以便在下次resume時恢復狀態。請考慮如下的示例：
co = coroutine.wrap(function()
print(pcall(coroutine.yield))
end)
co()
-- false attempt to yield across metamethod/C-call boundary
函數pcall是一個C語言函數；因此，Lua5.1不能將其掛起，因爲ISO C無法掛起一個C函數並在之後恢復其運行。
在Lua5.2及後續版本中，用延續改善了對這個問題的處理。Lua5.2使用長跳轉實現了yield，並使用相同的方式實現了錯誤信息處理。長跳轉簡單地丟棄了C語言棧中關於C函數的所有信息，因而無法resume這些函數。但是，一個C函數foo可以指定一個延續函數foo_k，該函數也是一個C函數，在要恢復foo的執行時它就會被調用。也就是說，當解釋器發現它應該恢復函數foo的執行時，如果長調轉已經丟棄了C語言棧中有關foo的信息，則調用foo_k來替代。
爲了說得更具體些，我們將pcall的實現作爲示例。在Lua5.1中，該函數的代碼如下：
static int luaB_pcall(lua_State *L){
int status;
luaL_checkany(L,1);
status = lua_pcall(L,lua_gettop(L) - 1, LUA_MULTRET,0);
lua_pushboolean(L,(status == LUA_OK));
lua_insert(L,1);
return lua_gettop(L);
}
如果程序正在通過lua_pcall被調用的函數yield，那麼後面就不能恢復luaB_pcall的執行。因此，如果我們在保護模式的調用下試圖yield時，解釋器就會拋出異常。Lua5.3使用基本類似於下面示例中的方式實現了pcall。
使用延續實現pcall
static int finishpcall (lua_State *L, int status, intptr_t ctx){
(void)ctx;
status = (status != LUA_OK && status != LUA_YIELD);
lua_pushboolean (L,(status == 0 ));
lua_insert(L,1);
return lua_gettop(L);
}
static int luaB_pcall(lua_State *L){
int status;
luaL_checkany(L,1);
status = lua_pcall(L,lua_gettop(L) - 1, LUA_MULTERT,0,0,finishpcall);
return finsihpcall(L,status,0);
}
與Lua5.1中的版本相比，上述實現有三個重要的不同點：首先，新版本用lua_pcallk替換了lua_pcall；其次，新版本在調用完lua_pcallk後把完成的狀態傳給了新的輔助函數finishpcall；第三，lua_pcallk返回的狀態除了LUA_OK或者一個錯誤外，還可以是LUA_YIELD。
如果沒有發生yield，那麼lua_pcallk的行爲與lua_pcall的行爲完全一樣。但是，如果發生yield，情況則大不相同。如果一個被原來lua_pcall調用的函數想要yield，那麼Lua5.3會像Lua5.1版本一樣引發錯誤。但當被新的lua_pcallk調用的函數yield時，則不會出現發生錯誤：Lua會做一個長跳轉並且丟棄C語言棧中有關luaB_pcall的元素，但是會在協程軟棧中保存傳遞給函數lua_pcallk的延續函數的引用。後來，當解釋器發現應該返回到luaB_pcall時，它就會調用延續函數。
當發生錯誤時，延續函數finishpcall也可能會被調用。與原來的luaB_pcall不同，finishpcall不能獲取lua_pcallk所返回的值。因此，finishpcall通過額外的參數status獲取這個結果。當沒有錯誤時，status是LUA_YIELD而不是LUA_OK，因此延續函數可以檢查它是如何被調用的。當發生錯誤時，status還是原來的錯誤碼。
除了調用的狀態，延續函數還接收一個上下文。lua_pcallk的第5個參數是一個任意的整型數，這個參數被當做延續函數的最後一個參數來傳遞。這個值允許原來的函數直接向延續函數傳遞某些任意的信息。
Lua5.3的延續體系是一種爲了支持yield而設計的精巧機制，但它也不是萬能的。某些C函數可能會需要它們的延續傳遞相當多的上下文。例如，table.sort將C語言棧用於遞歸，而string.gsub則必須跟蹤捕獲，還要跟蹤和一個用於存放部分結果的緩衝區。雖然這些函數能以"yieldbale"的方式重寫，但與增加的複雜性和性能損失相比，這樣做似乎並不值得。
C模塊
Lua模塊就是一個代碼段，其中定義了一些Lua函數並將其存儲在恰當的地方。爲Lua編寫的C語言模塊可以模仿這種行爲。除了C函數的定義外，C模塊還必須定義一個特殊的函數，這個特殊的函數相當於Lua庫中的主代碼段，用於註冊模塊中所有的C函數，並將它們存儲在恰當的地方。與Lua的主代碼段一樣，這個函數還應該初始化模塊中所有需要初始化的其他東西。
Lua通過註冊過程感知到C函數。一旦一個C函數用Lua表示和存儲，Lua就會通過對其地址的直接引用來調用它。換句話說，一旦一個C函數完成註冊，Lua調用它時就不再依賴於其函數名、包的位置以及可見性規則。通常，一個C模塊中只有一個用於打開庫的公共函數；其他所有的函數都是私有的，在C語言中被聲明爲static。
當我們使用C函數來擴展Lua程序時，將代碼設計爲一個C模塊是個不錯的想法。因爲即使我們現在只想註冊一個函數，但遲早總會需要其他的函數。通常，輔助庫爲這項工作提供了一個輔助函數。宏luaL_newlib接收一個由C函數及其對應函數名組成的數組，並將這些函數註冊到一個新表中。舉個例子，假設我們要用之前定義的函數l_dir創建一個庫。首先，必須定義這庫函數：
static int l_dir(lua_State *L){
同前
}
然後，聲明一個數組，這個數組包含了模塊中所有的函數及其名稱。數組元素的類型爲luaL_Reg，該類型是由兩個字段組成的結構體，這兩個字段分別是函數名和函數指針。
static const struct luaL_Reg mylib[] = {
{"dir",l_dir},
{NULL,NULL}
};
在上述例子中，只聲明瞭一個函數。數組的最後一個元素永遠是是{NULL,NILL}，並以此標識數組的結尾。最後，我們使用函數luaL_newlib聲明一個主函數：
int luaopen_mylib(lua_State *L){
luaL_newlib(L,mylib);
return 1;
}
對函數luaL_newlib的調用會新創建一個表，並使用由數組mylib指定的"函數名-函數指針"填充這個新創建的表。當luaL_newlib返回時，它把這個新創建的表留在棧中，在表中它打開了這個庫。然後，函數luaopen_mylib返回1，表示將這個表返回給Lua。
編寫完這個庫以後，我們還必須將其鏈接到解釋器。如果Lua解釋器支持動態鏈接的話，那麼最簡便的方法是使用動態鏈接機制。在這種情況下，必須將這個庫放到C語言路徑中的某個地方。在完成了這些步驟後，就可以使用require在Lua中直接加載這個模塊了：
local mylib = requrire "mylib"
上述的語句會將動態庫mylib鏈接到Lua，查找函數luaopen_mylib，將其註冊爲一個C語言函數，然後調用它以打開模塊。
動態鏈接器必須知道函數luaopen_mylib的名字才能找到它。它總是尋找名爲"luaopen + 模塊名"這樣的函數。因此，如果我們的模塊名爲mylib，那麼該函數應該命名爲luaopen_mylib。
如果解釋器不支持動態鏈接，就必須連同新庫一起重新編譯Lua語言。除了重新編譯，還需要以某種方式告訴獨立解釋器，它應該在打開一個新狀態時打開這個庫。一個簡答的做法是把luaopen_mylib添加到由lua_openlibs打開的標住庫列表中，這個列表位於文件linit.c中。