lua元表(metatable)和元方法(metamethod)

(一) 元表概念：

　　引言：Lua中的每个值都有一套预定义的操作集合，如数字相加等。但无法将两个table相加，此时可通过元表修改一个值的行为，使其在面对一个非预定义的操作时执行一个指定操作。

　　访问机制：一般的元方法都只针对Lua的核心，也就是一个虚拟机。它会检测一个操作中的值是否有元表，这些元表是否定义了关于这次操作的元方法。例如两个table相加，先检查两者之一是否有元表，之后检查是否有一个叫“__add”的字段，若找到，则调用对应的值。“__add”等即是字段，其对应的值（往往是一个函数或是table）就是“元方法”。

1, 元表实例

setmetatable（只能用于table）和getmetatable（用于任何对象）

　　语法：setmetatable (table, metatable)，对指定table设置metatable      【如果元表(metatable)中存在__metatable键值，setmetatable会失败】

　　语法：tmeta = getmetatable (tab)，返回对象的元表(metatable)             【如果元表(metatable)中存在__metatable键值，当返回__metatable的值】

1. 系统使用字段:   　

　　 算术类元方法:     字段:__add(+), __mul(*), __ sub(-), __div(/), __unm, __mod(%), __pow, (__concat)

　 　关系类元方法： 字段：__eq, __lt(<), __le(<=)，其他Lua自动转换 a~=b --> not(a == b) a > b --> b < a a >= b --> b <= a 【注意NaN的情况】

　　table访问的元方法： 字段: __index, __newindex

　　__index: 
    　　查询：访问表中不存的字段 
　　　 rawget(t, i)

　　__newindex： 
    　　更新：向表中不存在索引赋值 
　　　 rawset(t, k, v)

2. 自定义字段:

　　 上面字段是供系统使用的字段,比如当我们给元表的__add字段赋值的时候,那么当执行"t1 + t2"时,就会调用到__add操作;我们也可以定义我们自己需要的字段,比如使用lua构造的类最常定义的__new操作,可以通过定义此字段来完成类对象的创建, 等等.

例子:

运行结果：

"sub": - 操作。 行为类似于“add”操作。 
"mul": * 操作。 行为类似于“add”操作。 
"div": / 操作。 行为类似于“add”操作。 
"mod": % 操作。 行为类似于“add”操作。以o1 - floor(o1/o2)*o2为操作原语。 
"pow": ^ （取幂）操作。 行为类似于“add”操作，以函数pow（来自C数学库）为操作原语。 
"unm": 一元-操作。

(二) 下面介绍rawget 和rawset

　　有时需要get 和set表的索引，不想使用metatable.你可能回猜想, rawget 允许你得到索引无需__index,rawset允许你设置索引的值无需__newindex (相对传统元表的方式，这些不会提高速度)。为了避免陷在无限循环里，你才需要使用它们。 在上面的例子里, t[key] = value * value将再次调用__newindex函数，这让你的代码陷入死循环。使用rawset(t, key, value * value) 可以避免。你可能看到，使用这些函数, 我们必须传递参数目标table, key, 当你使用rawset时还有value。

1, lua中使用元表和元方法进行类多继承的实现

local function search(k, plist)
    for i=, #plist do
        -- 尝试第i个父类
        local v = plist[i][k];
        if v then return v end
    end
end

function createClass( ... )
    -- 新类
    local  c = {}
    local parents = { ... }
    -- 在父类列表中搜索
    setmetatable(c, { __index = function(t, k)
        return search(k, parents)
    end})

    -- c表的__index指向其自身
    c.__index = c     -- 注释1

    -- 新类的构造函数
    ----[[      注释2
    function c:new(o)
        local o = o or {}
        -- 将c表作为其实例o的元表
        setmetatable(o, c)
        return o
    end
    --]]

    -- 注释3
    -- function c:getName()
    --     return "die"
    -- end

    return c
end

Named = {}
-- 使用lua语法糖 ":", 隐式传递self
function Named:getName()
    return self.name
end
function Named:setName(n)
    self.name = n
end

Account = {balance = }
----[[    注释4
function Account:new(o)
    local o =  o or {}
    setmetatable(o, self)
    return o
end
--]]

-- 调用
NamedAccount = createClass(Named, Account)
account = NamedAccount:new({name = "Paul", })
print(account:getName())

（注：开 --> 打开注释，代码失效；关 --> 关闭注释，代码生效。）

　　代码的工作流程：account:getname()语句, 首先，Lua在表account（为{ name = "Paul"}, 由createClass函数中调用new返回的o,也即此处的account表 = { name = "Paul"}）中无法找到字段"getname"。因此，就查找account表的元表（根据语句"setmetatable(o, c)", 可知为account表的元表为NamedAccount表(c表)，也即createClass函数最后返回的 c 表）的__index字段, 发现c表的__index字段指向c表自身,故而在c表中查找,这时同样没找到"getname"字段, 继续查找,此时开始进入c表的元表（account表的元表为 c 表(此例子中为NamedAccount表)，c 表的元表为{__index = function(t, k) return search(k, parent) end}）查找, 如下:

setmetatable(c, {__index = function(t, k)
return search(k, parents)
end})

由于这个字段是一个函数，Lua就调用了它。该函数先在c表的父表Account中查找"getname"。未找到后，继而查找Named父表。最终在Named中找到了一个非nil值，即为搜索的最终结果。

lua表的查找过程:

　　1. 先在当前表 curr_tbl 中查找,这里curr_t = {name = "Paul",}; 如果curr_t找到所需字段getName,返回结果,查找成功,停止向上查找;否则,进入步骤2;

　　2. 如果找不到所需字段, 如果当前表 curr_tbl 没有元表, 则找不到所需字段,查找失败,停止查找;否则,进入步骤3;

　　3. 如果 curr_tbl 有元表,则进入其元表(此处为c表)并找到__index字段,如果没有__index字段,则同样查找失败(所以,如果把上面注释1处的语句"c.__index = c"删除的话,则查找失败,且不会再进一步向上查找);否则, 进入步骤4;

　　4. 如果有__index字段,则从__index字段所指定的表 1_tbl 重新开始执行查找(上面例子中, c表的__index字段指定的表是其自身, 所以是在c表中查找), 此时如果c表有所需字段,如注释3所示,那么便在c表中查找到了所需字段,查找成功,同时停止向上查找; 否则, 进入步骤5;

　　5. 在c表并没有找到所需字段, 如果c表没有指定元表,则查找失败,停止向上查找; 否则, 进入步骤6;

　　6. c表指定了元表 2_tbl, 进入 2_tbl并找到__index字段, 如果在 2_tbl中找不到__index字段, 插找失败,返回并停止查找; 否则, 进入步骤7;

　　7. 进入__index字段指定的表中查找, 和步骤4一样; 但此时 2_tbl 的__index字段指定的是一个搜索函数, 那么就进入此搜索函数进行搜索;

　　8. 在search函数中, 当查找到了"NamedAccount = createClass(Named, Account)"中的父类Named的时候,找到了所需字段getName, 查找成功,返回结果并停止查找.

注： 去掉“2”号注释处的代码，程序会调用到“4”号注释处的代码；