Lua中的元表与元方法

前言

元表对应的英文是metatable，元方法是metamethod。我们都知道，在C++中，两个类是无法直接相加的，但是，如果你重载了“+”符号，就可以进行类的加法运算。在Lua中也有这个道理，两个table类型的变量，你是无法直接进行“+”操作的，如果你定义了一个指定的函数，就可以进行了。那这篇博文就是主要讲的如何定义这个指定的函数，这个指定的函数是什么？希望对学习Lua的朋友有帮助。

Lua是怎么做的？

通常，Lua中的每个值都有一套预定义的操作集合，比如数字是可以相加的，字符串是可以连接的，但是对于两个table类型，则不能直接进行“+”操作。这需要我们进行一些操作。在Lua中有一个元表，也就是上面说的metatable，我们可以通过元表来修改一个值得行为，使其在面对一个非预定义的操作时执行一个指定的操作。比如，现在有两个table类型的变量a和b，我们可以通过metatable定义如何计算表达式a+b，具体的在Lua中是按照以下步骤进行的：

先判断a和b两者之一是否有元表；
检查该元表中是否有一个叫__add的字段；
如果找到了该字段，就调用该字段对应的值，这个值对应的是一个metamethod；（Lua中方法是可以放在一个字段中的，还记得？？？忘了点这里）
调用__add对应的metamethod计算a和b的值。

上述四个步骤就是计算table类型变量a+b的过程。在Lua中，每个值都有一个元表，table和userdata类型的每个变量都可以有各自独立的元表，而其他类型的值则共享其类型所属的单一元表。

告别metatable小白

现在就说说最基本的metatable内容。Lua在创建新的table时不会创建元表，比如以下代码就可以演示：

local t = {1, 2}
print(getmetatable(t))     -- nil

我们是使用getmetatable来获取一个table或userdata类型变量的元表，当创建新的table变量时，使用getmetatable去获得元表，将返回nil；同理，我们也可以使用setmetatable去设置一个table或userdata类型变量的元表，例如以下代码：

local t = {}
print(getmetatable(t))     -->nil

local t1 = {}
setmetatable(t, t1)
assert(getmetatable(t) == t1)

任何table都可以作为任何值得元表，而一组相关的table有可以共享一个通用的元表，此元表描述了它们共同的行为。一个table甚至可以作为它自己的元表，用于描述其特有的行为。总之，任何搭配形式都是合法的。

在Lua代码中，只能设置table的元表。若要设置其它类型的值得元表，则必须通过C代码来完成。还存在一个特例，对于字符串，标准的字符串程序库为所有的字符串都设置了一个元表，而其它类型在默认情况下都没有元表。查看两句代码的打印值，就可以看出来：

print(getmetatable("Hello World"))
print(getmetatable(10))

在table中，我可以重新定义的元方法有以下几个：

__add(a, b) --加法
__sub(a, b) --减法
__mul(a, b) --乘法
__div(a, b) --除法
__mod(a, b) --取模
__pow(a, b) --乘幂
__unm(a) --相反数
__concat(a, b) --连接
__len(a) --长度
__eq(a, b) --相等
__lt(a, b) --小于
__le(a, b) --小于等于
__index(a, b) --索引查询
__newindex(a, b, c) --索引更新（PS：不懂的话，后面会有讲）
__call(a, ...) --执行方法调用
__tostring(a) --字符串输出
__metatable --保护元表

接下来就介绍介绍如果去重新定义这些方法。

算术类的元方法

现在我使用完整的实例代码来详细的说明算术类元方法的使用。我准备定义一些对集合的操作方法，所有的方法都放入Set这个table中，至于为什么table中可以存放函数，可以参考《Lua中的函数》这篇文章。下面的代码是我模拟的一个集合的操作：

Set = {}
local mt = {} -- 集合的元表

-- 根据参数列表中的值创建一个新的集合
function Set.new(l)
    local set = {}
     setmetatable(set, mt)
    for _, v in pairs(l) do set[v] = true end
     return set
end

-- 并集操作
function Set.union(a, b)
    local retSet = Set.new{} -- 此处相当于Set.new({})
    for v in pairs(a) do retSet[v] = true end
    for v in pairs(b) do retSet[v] = true end
    return retSet
end

-- 交集操作
function Set.intersection(a, b)
    local retSet = Set.new{}
    for v in pairs(a) do retSet[v] = b[v] end
    return retSet
end

-- 打印集合的操作
function Set.toString(set)
     local tb = {}
     for e in pairs(set) do
          tb[#tb + 1] = e
     end
     return "{" .. table.concat(tb, ", ")

Lua中的元表与元方法

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告别metatable小白

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