Lua中類的實現(xiàn)原理探討（Lua中實現(xiàn)類的方法）

更新時間：2014年10月15日 08:41:59 作者：Tim

這篇文章主要介紹了Lua中類的實現(xiàn)原理探討（Lua中實現(xiàn)類的方法）,本文同時講解了metatable、元方法等內(nèi)容,需要的朋友可以參考下

Lua中沒有類的概念，但我們可以利用Lua本身的語言特性來實現(xiàn)類。

下文將詳細的解釋在Lua中實現(xiàn)類的原理，涉及到的細節(jié)點將拆分出來講，相信對Lua中實現(xiàn)類的理解有困難的同學將會釋疑。

類是什么？

想要實現(xiàn)類，就要知道類到底是什么。

在我看來，類，就是一個自己定義的變量類型。它約定了一些它的屬性和方法，是屬性和方法的一個集合。

所有的方法都需要一個名字，即使是匿名函數(shù)實際上也有個名字。這就形成了方法名和方法函數(shù)的鍵值映射關(guān)系，即方法名為鍵，映射的值為方法函數(shù)。

比如說有一個類是人，人有一個說話的方法，那就相當于，人（Person）是一個類，說話(talk)是它的一個方法名，說話函數(shù)是它的實際說話所執(zhí)行到的內(nèi)容。

人也有一個屬性，比如性別，性別就是一個鍵(sex)，性別的實際值就是這個鍵所對應(yīng)的內(nèi)容。

理解了類實際上是一個鍵值對的集合，我們不難想到用Lua中自帶的表來實現(xiàn)類。

實例是什么？

如果理解了類實際就是一個鍵值映射的表，那么我們再來理解實例是什么。

實例就是具有類的屬性和方法的集合，也是一個表了。聽起來好像和類差不多？

類全局只有一個集合，相當于上帝，全局只有一塊內(nèi)存；而實例就普通了，普天之下有那么多人，你可以叫A說一句話，A便執(zhí)行了他的說話方法，但是不會影響B(tài)的說話。因為他們是實例，彼此分配著不同的內(nèi)存。

說了那么多廢話，其實實例就是由類創(chuàng)建出來的值，試著把類想象成類型而不是類。

兩個語法糖

試著創(chuàng)建一個人類 Person

復制代碼代碼如下:

Person = {name="這個人很懶"}

以上代碼將Person初始化為一個表，這個表擁有一個為name的鍵，其默認值是"這個人很懶"。

說成白話就是人類擁有一個叫名字的屬性。

那就再賦予人類一個說話的功能吧。

復制代碼代碼如下:

Person.talk = function(self, words)

    print(self.name.."說:"..words) 

end

以上代碼在Person表中加入一個鍵值對，鍵為talk，值為一個函數(shù)。

好了，只要調(diào)用，Person.talk(Person, "你好")，將會打印出：這個人很懶說:你好。

不過在寫程序時，大家都習慣把function放在前面，這就是函數(shù)的語法糖：

復制代碼代碼如下:

function Person.talk(self, words)

    print(self.name.."說:"..words) 

end

這與上面的函數(shù)定義是等價的，但是這么寫你就很難看出來talk其實是Person表中的一個鍵，其對應(yīng)的值為一個函數(shù)。

當然嘴巴都是長在自己身上的，說話只能自己說，不可能自己張嘴別人說話，所以每次都傳個self參數(shù)實在是有點不美觀，于是冒號語法糖上場。

我們還可以這么定義人類的說話功能：

復制代碼代碼如下:

function Person:talk(words)

    print(self.name.."說:"..words) 

end

這與上面兩段代碼都是等價的，它的變化是少了self的參數(shù)，將點Person.talk改為了冒號Person:talk。

但是函數(shù)體內(nèi)，卻依然可以使用self，在使用:代替.時，函數(shù)的參數(shù)列表的第一個參數(shù)不再是words，Lua會自動將self做為第一個參數(shù)。這個self參數(shù)代表的意思就是這個函數(shù)的實際調(diào)用者。

所以我們調(diào)用Person:talk("你好")與Person.talk(Person, "你好")是等價的，這就是冒號語法糖帶來的便利。

如何查找表中的元素？

下面我們需要理解在Lua的表中是怎么查找一個鍵所對應(yīng)的值的。

假設(shè)我們要在表p中查找talk這個鍵所對應(yīng)的值，請看下面的流程圖：

復制代碼代碼如下:

p中有沒有talk這個鍵? 有 --> 返回talk對應(yīng)的值

        |

       沒有

        |

p中是否設(shè)置過metatable? 否 -->  返回nil

        |

        有

        |

在p的metatable中有沒有__index這個鍵? 沒有 -->  返回nil

        |

        有

        |      

在p的metatable中的__index這個鍵對應(yīng)的表中有沒有talk這個鍵? 沒有 --> 返回nil

        |

        有，返回getmetatable(p).__index.talk

理解以上內(nèi)容是本文的重點，反復閱讀直至你記住了。

可以看到，由于metatable和__index這兩個神奇的東西，Lua能在當前表中不存在這個鍵的時候找到其返回值。

下面將會講一講metatable這個語言特性。

對metatable的理解

metatable是什么？

metatable的中文名叫做元表。它不是一個單獨的類型，元表其實就是一個表。

我們知道在Lua中表的操作是有限的，例如表不能直接相加，不能進行比較操作等等。

元表的作用就是增加和改變表的既定操作。只有設(shè)置過元表的表，才會受到元表的影響而改變自身的行為。

通過全局方法setmetatable(t, m)，會將表t的元表設(shè)置為表m。通過另一個全局方法getmetatable(t)則會返回它的元表m。

注意：所有的表都可以設(shè)置元表，然而新創(chuàng)建的空表如果不設(shè)置，是沒有元表的。

元方法

元表作為一個表，可以擁有任意類型的鍵值對，其真正對被設(shè)置的表的影響是Lua規(guī)定的元方法鍵值對。

這些鍵值對就是Lua所規(guī)定的鍵，比如前面說到的__index，__add，__concat等等。這些鍵名都是以雙斜杠__為前綴。其對應(yīng)的值則為一個函數(shù)，被稱為元方法（metamethod），這些元方法定義了你想對表自定義的操作。

例如：前面所說的__index鍵，在Lua中它所對應(yīng)的元方法執(zhí)行的時機是當查找不存在于表中的鍵時應(yīng)該做的操作?？紤]以下代碼：

復制代碼代碼如下:

--定義元表m

m = {}

--定義元表的__index的元方法

--對任何找不到的鍵，都會返回"undefined"

m.__index = function ( table, key )

  return "undefined"

end   

--表pos

pos = {x=1, y=2}

--初始沒有元表，所以沒有定義找不到的行為

--因為z不在pos中，所以直接返回nil

print(pos.z) -- nil

--將pos的元表設(shè)為m

setmetatable(pos, m)

--這是雖然pos里仍然找不到z，但是因為pos有元表，

--而且元表有__index屬性，所以執(zhí)行其對應(yīng)的元方法，返回“undefined”

print(pos.z) -- undefined

pos表中本沒有z這個鍵，通過設(shè)置pos的元表為m，并設(shè)置m的__index對應(yīng)的方法，這樣所有取不到的鍵都會返回“undefined”了。

以上我們了解到，元表的__index屬性實際上是給表配備了找不到鍵時的行為。

注意：元表的__index屬性對應(yīng)的也可以為一個表。

再舉個栗子，希望能夠加深對元表和元方法的理解，__add鍵，考慮以下代碼：

復制代碼代碼如下:

--創(chuàng)建元表m，其中有__add鍵和其定義的方法

local m = {

  __add = function(t1, t2)

    local sum = {}

    for key, value in pairs(t1) do

      sum[key] = value

    end

    for key, value in pairs(t2) do

      if sum[key] then

        sum[key] = sum[key] + value

      else

        sum[key] = value

      end

    end

    return sum

  end

}

--將table1和table2都設(shè)置為m

local table1 = setmetatable({10, 11, 12}, m)

local table2 = setmetatable({13, 14, 15}, m)

--表本來是不能執(zhí)行 + 操作的，但是通過元表，我們做到了！

for k, v in pairs(table1 + table2) do

  print(k, v)

end

--print

--1 23

--2 25

--3 27

表本身是不能用+連起來計算的，但是通過定義元表的__add的方法，并setmetatable到希望有此操作的表上去，那些表便能進行加法操作了。

因為元表的__add屬性是給表定義了使用+號時的行為。

類的實現(xiàn)手段

好，假設(shè)前面的內(nèi)容你都沒有疑問的閱讀完畢話，我們開始進入正題。

請先獨立思考一會，我們該怎么去實現(xiàn)一個Lua的類？

思考ing…

種種鋪墊后，我們的類是一個表，它定義了各種屬性和方法。我們的實例也是一個表，然后我們類作為一個元表設(shè)置到實例上，并設(shè)置類的__index值為自身。

例如人類：

復制代碼代碼如下:

--設(shè)置Person的__index為自身

Person.__index = Person   

--p是一個實例

local p = {}

--p的元表設(shè)置為Person

setmetatable(p, Person)

p.name = "路人甲"

--p本來是一個空表，沒有talk這個鍵

--但是p有元表，并且元表的__index屬性為一個表Person

--而Person里面有talk這個鍵，于是便執(zhí)行了Person的talk函數(shù)

--默認參數(shù)self是調(diào)用者p，p的name屬性為“路人甲”

p:talk("我是路人甲") 

--于是得到輸出

--路人甲說:我是路人甲

為了方便，我們給人類一個創(chuàng)建函數(shù)create:

復制代碼代碼如下:

function Person:create(name)

    local p = {}

    setmetatable(p, Person)

    p.name = name

    return p

end

local pa = Person:create("路人甲")

local pb = Person:create("路人乙")

pa:talk("我是路人甲") --路人甲說:我是路人甲

pb:talk("我是路人乙") --路人乙說:我是路人乙

這樣我們可以很方便用Person類創(chuàng)建出pa和pb兩個實例，這兩個實例都具備Person的屬性和方法。

以上便是Lua實現(xiàn)一個類的方法，至于類的繼承，當成一次練習吧，請大家思考~

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