目标:实现一个class函数,给lua添加面向对象的特性
基础:和编译型的面向对象语言不同,在lua中不存在类的定义这样一个概念,不管是类的定义还是类的实例都需要通过lua table来模拟。我们实现的lua面向对象是prototype方式的,即类是一个lua table,这个table 定义了类实例的原型, 类的实例则是基于这个原型的另一个lua table。
关键:实现Lua面向对象可以分解为类的定义和类的实例化两个问题。类的定义主要是实现继承,即怎么让子类拥有父类的方法集。类的实例化需要解决实例如何共享类的方法集,但独享自己的成员变量实例。
方案:子类在定义时复制所有基类的方法,在实例化时将该类作为metatable的__index赋值给实例。这就是cocos2dx里面的lua class的实现。
function class(classname, super) local cls = {} if super then --复制基类方法 cls = {} for k,v in pairs(super) do cls[k] = v end cls.super = super else cls = {ctor = function() end} end cls.__cname = classname cls.__index = cls function cls.new(...) --实例化 local instance = setmetatable({}, cls) instance.class = cls instance:ctor(...) return instance end return cls end
在这个实现方式中,所有子类的实例都共享了类原型中的方法。设想我们在类ClassA中定义了方法A,当调用实例的方法A时,lua解释器会先在实例table里面找方法A,因为我们没有在实例中添加方法,自然是找不到,于是解释器会通过实例的metatable里面的__index字段来找方法A,这个__index字段其实就是类原型,于是方法A被找到调用成功了。现在我们调用实例的方法B, B不是在ClassA中定义的,而是在ClassA的基类ClassB中定义的,由于ClassA在定义的时候已经把基类ClassB的方法全部复制了一遍,所以解释器仍然可以成功调用到B,继承实现了。
但是这个实现有个严重的问题,类的成员变量没有继承下来。看下面一个测试:
BaseClass = class("BaseClass", nil) function BaseClass:ctor(param) print("baseclass ctor") self._param = param self._children = {} end function BaseClass:addChild(obj) table.insert(self._children, obj) end DerivedClass = class("DerivedClass", BaseClass) function DerivedClass:ctor(param) print("derivedclass ctor") end local instance = DerivedClass.new("param1") instance:addChild("child1")
运行这个测试,我们会得到两行输出:
derivedclass ctor bad argument #1 to 'insert' (table expected, got nil)
self._children为什么是nil呢?从输出我们看出子类的实例确实成功调用了父类的addChild方法,但是这个方法调用失败了,因为self._children是nil。再细看我们发现基类的构造函数根本没有调用,我们的self._children = {}是放在基类的构造函数里面的,没有调用基类的构造函数自然self._children是nil了。
好,看来这个class实现不完美,我们做一个修补,在子类的构造里面调用一下父类的构造函数。
function DerivedClass:ctor(param) self.super:ctor(param) print("derivedclass ctor") end
baseclass ctorderivedclass ctorclasstest1.lua:32: bad argument #1 to 'insert' (table expected, got nil)
这回基类的构造函数成功调用了,可为什么self._children依然是nil?
把instance的内容dump出来我们发现调用了基类的构造函数后_children被添加到基类的原型中去了,并没有添加到我们子类的实例中,这样在子类实例的self中去找_children自然是找不到了。
<1>{ class = <2>{ __cname = "DerivedClass", __index = <table 2>, addChild = <function 1>, ctor = <function 2>, new = <function 3>, super = <3>{ __cname = "BaseClass", __index = <table 3>, _children = <4>{}, _param = <table 1>, addChild = <function 1> ctor = <function 4>, new = <function 5> } }, <metatable> = <table 2> }
function DerivedClass:ctor(param) self._children = {} print("derivedclass ctor") end
可是如果在基类中定义好的成员在子类中还要定义一遍,这可不是我们想要的面向对象啊。看来cocos2dx的lua class 实现是有问题的。
修正:上面方法的类定义部分其实没有问题,但是实例化部分粗糙了。调用基类的构造函数时所使用的self指的是基类的原型table,而我们希望的是指向实例table,原型只需要提供方法,不需实例化成员变量,于是我们想到了做如下修改。
function class(classname, super) local cls = {} if super then cls = {} for k,v in pairs(super) do cls[k] = v end cls.super = super else cls = {ctor = function() end} end cls.__cname = classname cls.__index = cls function cls.new(...) local instance = setmetatable({}, cls) local create create = function(c, ...) if c.super then -- 递归向上调用create create(c.super, ...) end if c.ctor then c.ctor(instance, ...) end end create(instance, ...) instance.class = cls return instance end return cls end
再运行测试,我们得到了正确的结果。打印出子类实例的结构,我们看到_children现在是实例table的成员变量了:
<1>{ _children = <2>{ "child1" }, _param = "param1", class = <3>{ __cname = "DerivedClass", __index = <table 3>, addChild = <function 1>, ctor = <function 2>, new = <function 3>, super = <4>{ __cname = "BaseClass", __index = <table 4>, addChild = <function 1>, ctor = <function 4>, new = <function 5> } }, <metatable> = <table 3> }