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lua编程之元表与元方法
一、 前言
lua是一种非常轻量的动态类型语言，在1993年由由Roberto Ierusalimschy、Waldemar Celes 和 Luiz Henrique de Figueiredo等人发明，lua的设计目标是轻便地嵌入宿主语言，增强系统的可扩展性和可定制性。lua的源码只有两万余行，非常精简小巧，在目前的脚本引擎中，lua的速度是最快的，这也是lua进入程序设计语言前20名，如今已经广泛应用于游戏行业，这几篇文章将会讨论下lua的几个比较重要的特性。
一门语言的类型系统是其最根本的特征，所以本文先从与lua的类型系统关系最紧密的元表和元方法谈起。作为一门轻量级语言，lua的核心非常精简，它的基本类型只有8种：nil，boolean，number，string，userdata，function，thread和table，其中table是唯一的数据结构，是lua中最重要的类型，可以作为其他数据结构的基础，如数组，链表，队列和集合等都可以通过table实现。更强大的是，lua还为table提供了自定义操作的功能。在c++等面向对象语言中，类的可操作行为由成员函数决定。lua中，元方法就是table的“成员函数”，为不同的table提供特殊的操作行为，元表是元方法的集合。通过元表和元方法，table可以直接实现类，继承等面向对象特性。
二、 元表元方法介绍
lua中每个值其实都有元表，不过每个table和userdata都可以有自己专有的元表，（userdata是宿主中的数据结构，可以使用宿主语言的方法，为了限制过度对其使用元表，不能在lua脚本中直接设置,需通过lua_setmetatable创建，这里不讨论），而其他类型的预定义操作都在一个共享的元表中，新的table默认没有元表，必须通过setmetatable和getmetatable设置和查询元表。
t = ｛｝assert（getmetatable（t）== nil） t1 = {}setmetatable(t, t1)assert(getmetatable(t) == t1)
在元表中定义的函数就是元方法，table的元方法分为算数类，关系类，库定义和访问类的元方法。
1. 算数类元方法
lua的算数类元方法都有对应的字段名，包括__add, __mul,__sub, __div,__mod和__pow等，下面示例了如何定义两个table的加法操作，
a = { "a1", "a2","a3" }b = { "b1", "b2", "b3" }meta = { }meta.__add = function(t1, t2) t = { } for k, v in ipairs(t1) do table.insert(t, v) end for k, v in ipairs(t2) do table.insert(t, v) end return tendsetmetatable(a, meta)c = a+bfor _,v in ipairs(c) do print(v)end上面代码中只需要给表a设置了元表，表b没有元表也能正常运行，这与lua查找元表的顺序有关系。lua先查找第一个table，如果有元表并且其中有 __add方法就调用该方法，不关心第二个table有没有元表；否则查找第二个table有没有__add的元方法，有就调用第二个table的元方法；如果都没有这个元方法就引发一个错误。
2. 关系类元方法
关系类元方法只有等于__eq，小于__lt和小于等于__le这3个操作，其他3个会自动转化，如a>b会自动转为b<a.
a = { "a1", "a2" }b = { "b1", "b2", "b3" }meta = { }meta.__le = function(a, b) for k in pairs(a) do if not b[k] then return false end end return trueendmeta.__lt = function(a, b) return a<=b and not (b<=a)endmeta.__eq = function(a, b) return a<=b and b<=aendsetmetatable(a, meta)setmetatable(b, meta)print(a<=b)print(a<b)print(a>=a)print(b>a)print(b<a)与算法类元方法不同，table必须具有相同的元方法才能用于比较操作。
3. 库定义的元方法
上面的元方法都是lua核心具有的，是lua虚拟机定义的，除此之外，各种程序库也会用自己的字段定义元方法，比如print总是调用table的tostring方法，
a = { "a1", "a2" }meta.__tostring = function(a) local l = { } for _,k in pairs(a) do l[#l+1] = k; end return "{"..table.concat(l, ",").."}"endsetmetatable(a, meta)print（a）4. 访问类元方法
访问元方法使用最普遍的是__index和__newindex。一般当访问一个table中不存在的元素时会返回nil，但是如果table具有__index元方法，就不返回nil而是调用这个元方法。利用__index可以方便地实现继承，
mt = { }mt.__index = function(t, k) return base[k]endbase = { b1 = 1, b2 = 2, b3 = 3 }derive = { d = 4 }setmetatable(derive, mt)print(derive.b1)print(derive.d)
当对table中不存在的索引赋值时就会调用__newindex元方法，
mt = { }mt.__newindex = function(t, k, v) base[k] = vendbase = { b1 = 1, b2 = 2, b3 = 3 }derive = { d1 = 4 }setmetatable(derive, mt)derive["d2"] = 5print(base.d2)
三、 元表元方法实例
下面是一个使用元方法的实例，用于产生迭代递增表，
T = { container = { } }T.mt = { __add = function(a, b) local c = T.new{} for k,v in pairs(T.new(a)) do c[k] = v end for k,v in pairs(T.new(b)) do c[k] = v end return c end, __sub = function(a, b) local c = T.new{} for k,v in pairs(T.new(a)) do c[k] = v end for k,v in pairs(T.new(b)) do c[k] = nil end return c end, __tostring = function(a) local l = { } for k in pairs(a) do l[#l+1] = k; end return "{"..table.concat(l, ",").."}" end}T.new = function(t) if (t == nil) then t = {} end if (getmetatable(t) == T.mt) then return t end local r = {} for _, b in ipairs(t) do r[tostring(b)] = true end setmetatable(r, T.mt) return rendT.print = function(t) for k, v in pairs(t.container) do print(k) print(v) end endlocal mt = { __newindex = function(t, k, v) t.container[k] = T.new(v) end, __index = function(t, k) return t.container[k] end,}setmetatable(T, mt)T["first"] = { "a1", "b1"}print("elements in table first")T.print(T)T["second"] = T["first"] + { "a2", "b2", "a3", "b3"}print("elements in table first and second")T.print(T)T["third"] = T["second"] - { "a3", "b3" }print("elements in table first, second and third")T.print(T)lua编程之元表与元方法