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Lua 元表(Metatable)

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在 Lua table 中我们可以访问对应的key来得到value值，但是却无法对两个 table 进行操作。

因此 Lua 提供了元表(Metatable)，允许我们改变table的行为，每个行为关联了对应的元方法。

例如，使用元表我们可以定义Lua如何计算两个table的相加操作a+b。

当Lua试图对两个表进行相加时，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"等即时字段，其对应的值（往往是一个函数或是table）就是"元方法"。

有两个很重要的函数来处理元表：

  • setmetatable(table,metatable): 对指定table设置元表(metatable)，如果元表(metatable)中存在__metatable键值，setmetatable会失败 。
  • getmetatable(table): 返回对象的元表(metatable)。

以下实例演示了如何对指定的表设置元表：

  1. mytable = {}                          -- 普通表 
  2. mymetatable = {}                      -- 元表
  3. setmetatable(mytable,mymetatable)     -- 把 mymetatable 设为 mytable 的元表 
  4.  

以上代码也可以直接写成一行：

  1. mytable = setmetatable({},{})

以下为返回对象元表：

  1. getmetatable(mytable)                 -- 这回返回mymetatable

__index 元方法

这是 metatable 最常用的键。

当你通过键来访问 table 的时候，如果这个键没有值，那么Lua就会寻找该table的metatable（假定有metatable）中的__index 键。如果__index包含一个表格，Lua会在表格中查找相应的键。

我们可以在使用 lua 命令进入交互模式查看：

  1. $ lua
  2. Lua 5.3.0  Copyright (C) 1994-2015 Lua.org, PUC-Rio
  3. > other = { foo = 3 } 
  4. > t = setmetatable({}, { __index = other }) 
  5. > t.foo
  6. 3
  7. > t.bar
  8. nil

如果__index包含一个函数的话，Lua就会调用那个函数，table和键会作为参数传递给函数。

__index 元方法查看表中元素是否存在，如果不存在，返回结果为 nil；如果存在则由 __index 返回结果。

  1. mytable = setmetatable({key1 = "value1"}, {
  2.   __index = function(mytable, key)
  3.     if key == "key2" then
  4.       return "metatablevalue"
  5.     else
  6.       return nil
  7.     end
  8.   end
  9. })
  10.  
  11. print(mytable.key1,mytable.key2)

在线运行实例

实例输出结果为：

  1. value1	metatablevalue

实例解析：

  • mytable 表赋值为 {key1 = "value1"}。

  • mytable 设置了元表，元方法为 __index。

  • 在mytable表中查找 key1，如果找到，返回该元素，找不到则继续。

  • 在mytable表中查找 key2，如果找到，返回 metatablevalue，找不到则继续。

  • 判断元表有没有__index方法，如果__index方法是一个函数，则调用该函数。

  • 元方法中查看是否传入 "key2" 键的参数（mytable.key2已设置），如果传入 "key2" 参数返回 "metatablevalue"，否则返回 mytable 对应的键值。

我们可以将以上代码简单写成：

  1. mytable = setmetatable({key1 = "value1"}, { __index = { key2 = "metatablevalue" } })
  2. print(mytable.key1,mytable.key2)

总结

Lua查找一个表元素时的规则，其实就是如下3个步骤:

  • 1.在表中查找，如果找到，返回该元素，找不到则继续
  • 2.判断该表是否有元表，如果没有元表，返回nil，有元表则继续。
  • 3.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。

__newindex 元方法

__newindex 元方法用来对表更新，__index则用来对表访问 。

当你给表的一个缺少的索引赋值，解释器就会查找__newindex 元方法：如果存在则调用这个函数而不进行赋值操作。

以下实例演示了 __newindex 元方法的应用：

  1. mymetatable = {}
  2. mytable = setmetatable({key1 = "value1"}, { __newindex = mymetatable })
  3.  
  4. print(mytable.key1)
  5.  
  6. mytable.newkey = "新值2"
  7. print(mytable.newkey,mymetatable.newkey)
  8.  
  9. mytable.key1 = "新值1"
  10. print(mytable.key1,mymetatable.key1)

在线运行实例

以上实例执行输出结果为：

  1. value1
  2. nil	新值2
  3. 新值1	nil

以上实例中表设置了元方法 __newindex，在对新索引键（newkey）赋值时（mytable.newkey = "新值2"），会调用元方法，而不进行赋值。而如果对已存在的索引键（key1），则会进行赋值，而不调用元方法 __newindex。

以下实例使用了 rawset 函数来更新表：

  1. mytable = setmetatable({key1 = "value1"}, {
  2.   __newindex = function(mytable, key, value)
  3. 		rawset(mytable, key, "\""..value.."\"")
  4.  
  5.   end
  6. })
  7.  
  8. mytable.key1 = "new value"
  9. mytable.key2 = 4
  10.  
  11. print(mytable.key1,mytable.key2)

在线运行实例

以上实例执行输出结果为：

  1. new value	"4"

为表添加操作符

以下实例演示了两表相加操作：

  1. -- 计算表中最大值，table.maxn在Lua5.2以上版本中已无法使用
  2. -- 自定义计算表中最大值函数 table_maxn
  3. function table_maxn(t)
  4.     local mn = 0
  5.     for k, v in pairs(t) do
  6.         if mn < k then
  7.             mn = k
  8.         end
  9.     end
  10.     return mn
  11. end
  12.  
  13. -- 两表相加操作
  14. mytable = setmetatable({ 1, 2, 3 }, {
  15.   __add = function(mytable, newtable)
  16.     for i = 1, table_maxn(newtable) do
  17.       table.insert(mytable, table_maxn(mytable)+1,newtable[i])
  18.     end
  19.     return mytable
  20.   end
  21. })
  22.  
  23. secondtable = {4,5,6}
  24.  
  25. mytable = mytable + secondtable
  26. 	for k,v in ipairs(mytable) do
  27. print(k,v)
  28. end

在线运行实例

以上实例执行输出结果为：

  1. 1	1
  2. 2	2
  3. 3	3
  4. 4	4
  5. 5	5
  6. 6	6

__add 键包含在元表中，并进行相加操作。 表中对应的操作列表如下：

模式描述
__add对应的运算符 '+'.
__sub对应的运算符 '-'.
__mul对应的运算符 '*'.
__div对应的运算符 '/'.
__mod对应的运算符 '%'.
__unm对应的运算符 '-'.
__concat对应的运算符 '..'.
__eq对应的运算符 '=='.
__lt对应的运算符 '<'.
__le对应的运算符 '<='.

__call 元方法

__call 元方法在 Lua 调用一个值时调用。以下实例演示了计算表中元素的和：

  1. -- 计算表中最大值，table.maxn在Lua5.2以上版本中已无法使用
  2. -- 自定义计算表中最大值函数 table_maxn
  3. function table_maxn(t)
  4.     local mn = 0
  5.     for k, v in pairs(t) do
  6.         if mn < k then
  7.             mn = k
  8.         end
  9.     end
  10.     return mn
  11. end
  12.  
  13. -- 定义元方法__call
  14. mytable = setmetatable({10}, {
  15.   __call = function(mytable, newtable)
  16. 	sum = 0
  17. 	for i = 1, table_maxn(mytable) do
  18. 		sum = sum + mytable[i]
  19. 	end
  20.     for i = 1, table_maxn(newtable) do
  21. 		sum = sum + newtable[i]
  22. 	end
  23. 	return sum
  24.   end
  25. })
  26. newtable = {10,20,30}
  27. print(mytable(newtable))

在线运行实例

以上实例执行输出结果为：

  1. 70

__tostring 元方法

__tostring 元方法用于修改表的输出行为。以下实例我们自定义了表的输出内容：

  1. mytable = setmetatable({ 10, 20, 30 }, {
  2.   __tostring = function(mytable)
  3.     sum = 0
  4.     for k, v in pairs(mytable) do
  5. 		sum = sum + v
  6. 	end
  7.     return "表所有元素的和为 " .. sum
  8.   end
  9. })
  10. print(mytable)

在线运行实例

以上实例执行输出结果为：

  1. 表所有元素的和为 60

从本文中我们可以知道元表可以很好的简化我们的代码功能，所以了解 Lua 的元表，可以让我们写出更加简单优秀的 Lua 代码。

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