Lua元表

@date: 2018-3-18

在Lua5.1语言中，元表 (metatable) 的表现行为类似于 C++ 语言中的操作符重载，类似PHP的魔术方法。Python里也有元类(metaclass)一说。

通过元表，Lua有了更多的扩展特性。Lua的面向对象特性就是基于元表实现的。

Lua 提供了两个十分重要的用来处理元表的方法，如下：

setmetatable(table, metatable)：此方法用于为一个表设置元表。
getmetatable(table)：此方法用于获取表的元表对象。

设置元表的方法很简单，如下：

local mytable = {}
local mymetatable = {}
setmetatable(mytable, mymetatable)

上面的代码可以简写成如下的一行代码：

local mytable = setmetatable({}, {})

例如我们可以重载 __add 元方法 (metamethod)，实现重载+操作符，来计算两个 Lua 数组的并集：

-- 计算集合的并集实例
set1 = {10,40}
set2 = {10,20,30}

setmetatable(set1, {
    __add = function(self, another)
        local res = {}
        local set = {}
        
        for k,v in pairs(self) do set[v] = true end -- 防止集合元素重复
        for k,v in pairs(another) do set[v] = true end -- 防止集合元素重复
        
        for k,v in pairs(set) do table.insert(res, k) end
        
        return res
    end
})

local set3 = set1 + set2
for k,v in pairs(set3) do print(v) end

输出：

类似的元方法还有：

__add +操作
__sub -操作其行为类似于 add 操作
__mul *操作其行为类似于 add 操作
__div /操作其行为类似于 add 操作
__mod %操作其行为类似于 add 操作
__pow ^（幂）操作其行为类似于 add 操作
__unm 一元 - 操作
__concat ..（字符串连接）操作
__len #操作
__eq ==操作函数 getcomphandler 定义了 Lua 怎样选择一个处理器来作比较操作，仅在两个对象类型相同且有对应操作相同的元方法时才起效
__lt <操作
__le <=操作
__index 取下标操作用于访问 table[key]
__newindex 赋值给指定下标 table[key] = value
__tostring 转换成字符串
__call 当 Lua 调用一个值时调用
__mode 用于弱表(week table)
__metatable 用于保护metatable不被访问

__index 元方法

该方法实现了在表中查找键不存在时转而在元表中查找该键的功能。有两种写法：

第一种是给__index 元方法一个函数：

local mytable = setmetatable({}, {
    __index = function(self, key)
        return "__index"
    end
})
print(mytable.key1) -- __index

另一种方法是__index 元方法一个表：

local _M = {
    add = function(x,y) return x+y end,
    mul = function(x,y) return x*y end,
    ver = "1.0",
}
local mytable = setmetatable({}, {
    __index = _M
})
print(mytable.ver) -- 1.0 
print(mytable.add(1,3)) -- 4

Lua查找一个表元素时的规则，其实就是如下3个步骤:

在表中查找，如果找到，返回该元素，找不到则继续
判断该表是否有元表，如果没有元表，返回nil，有元表则继续。
判断元表有没有__index方法，如果__index方法为nil，则返回nil；如果__index方法是一个表，则重复1、2、3；如果__index方法是一个函数，则返回该函数的返回值。

通过__index这个方法，我们可以实现继承的特性。下节再详细讲述。

__newindex 元方法

如果说__index具有PHP里__get的一些特性，那么__newindex则类似__set。

以下实例使用了 rawset 函数来更新表：

mytable = setmetatable({key1 = "value1"}, {
  __newindex = function(self, key, value)
        rawset(self, key, "\""..value.."\"")

  end
})

mytable.key1 = "new value"
mytable.key2 = 4

print(mytable.key1,mytable.key2)

以上实例执行输出结果为：

new value    "4"

__tostring 元方法

如果设置了__tostring 元方法，当直接输出表时会自动调用该方法。示例：

local mytable = setmetatable({ 10, 20, 30 }, {
  __tostring = function(mytable)
    sum = 0
    for k, v in pairs(mytable) do
        sum = sum + v
    end
    return sum
  end
})
print(mytable) -- 60

__call 元方法

__call 元方法的功能类似于 C++ 中的仿函数，使得普通的表也可以被调用。

local mytable = setmetatable({}, {
  __call = function(self, arg)
    local sum = 0
    for _,v in pairs(arg) do
        sum = sum + v
    end
    print(sum)
  end
})
mytable({10,20,30}) -- 60

示例里我们调用自定义的表，并给该表传了参数，最终算出了参数的和。

__metatable 元方法

如果给表设置了 __metatable 元方法的值，getmetatable 将返回这个域的值，而调用 setmetatable将会被禁止，会直接报错。

local mytable = setmetatable({}, {
  __metatable = "no access"
})
print(getmetatable(mytable)) -- no access
setmetatable(mytable, {}) -- 引发编译器报错

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