Metatables

Lua 元表

正如其名,元表也是表。不过,将元表与表相关联后,我们就可以通过设置元表的键和相关方法来改变表的行为。元方法的功能十分强大,使用元方法可以实现很多的功能,比如:

  • 修改表的操作符功能或为操作符添加新功能(译注:如果您学过 C++ 之类的面向对象的语言,应该比较好理解,其实它实现的是操作的重载)。
  • 使用元表中的 __index 方法,我们可以实现在表中查找键不存在时转而在元表中查找键值的功能。

Lua 提供了两个十分重要的用来处理元表的方法,如下:

  • setmetatable(table,metatable):此方法用于为一个表设置元表。
  • getmetatable(table):此方法用于获取表的元表对象。

首先,让我们看一下如何将一个表设置为另一个表的元表。示例如下:

mytable = {}
mymetatable = {}
setmetatable(mytable,mymetatable)

上面的代码可以简写成如下的一行代码:

mytable = setmetatable({},{})

__index

下面的例子中,我们实现了在表中查找键不存在时转而在元表中查找该键的功能:

mytable = setmetatable({key1 = "value1"}, {
  __index = function(mytable, key)
    if key == "key2" then
      return "metatablevalue"
    else
      return mytable[key]
    end
  end
})

print(mytable.key1,mytable.key2)

运行上面的程序,我们可以得到如下的输出结果:

value1	metatablevalue

接下来逐步解释上面例子运行的过程:

  • 表 mytable 为 {key = "values1"}
  • 为 mytable 设置了一个元表,该元表的键 __index 存储了一个函数,我们称这个函数为元方法。
  • 这个元方法的工作也十分简单。它仅查找索引 “key2”,如果找到该索引值,则返回 "metatablevalue",否则返回 mytable 中索引对应的值。

上面的程序同样可以简化成如下的形式:

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

__newindex

为元表添加 __newindex 后,当访问的键在表中不存在时,此时添加新键值对的行为将由此元方法(__newindex)定义。下面的例子中,如果访问的索引在表中不存在则在元表中新加该索引值(注意,是添加在另外一个表 mymetatable 中而非在原表 mytable 中。),具体代码如下(译注:请注意此处 __newindex 的值并非一个方法而是一个表。):

mymetatable = {}
mytable = setmetatable({key1 = "value1"}, { __newindex = mymetatable })

print(mytable.key1)

mytable.newkey = "new value 2"
print(mytable.newkey,mymetatable.newkey)

mytable.key1 = "new  value 1"
print(mytable.key1,mymetatable.newkey1)

执行上面的程序,我们可以得到如下的输出结果:

value1
nil	new value 2
new  value 1	nil

可以看出,在上面的程序中,如果键存在于主表中,只会简单更新相应的键值。而如果键不在表中时,会在另外的表 mymetatable 中添加该键值对。
在接下来这个例子中,我们用 rawset 函数在相同的表(主表)中更新键值,而不再是将新的键添加到另外的表中。代码如下所示:

mytable = setmetatable({key1 = "value1"}, {
  __newindex = function(mytable, key, value)
		rawset(mytable, key, "\""..value.."\"")

  end
})

mytable.key1 = "new value"
mytable.key2 = 4

print(mytable.key1,mytable.key2)

执行上面的程序,我们可以得到如下的输出结果:

new value	"4"

rawset 函数设置值时不会使用元表中的 __newindex 元方法。同样的,Lua 中也存的一个 rawget 方法,该方法访问表中键值时也不会调用 __index 的元方法。

为表添加操作符行为

使用 + 操作符完成两个表组合的方法如下所示(译注:可以看出重载的意思了):

mytable = setmetatable({ 1, 2, 3 }, {
  __add = function(mytable, newtable)
    for i = 1, table.maxn(newtable) do
      table.insert(mytable, table.maxn(mytable)+1,newtable[i])
    end
    return mytable
  end
})

secondtable = {4,5,6}

mytable = mytable + secondtable
for k,v in ipairs(mytable) do
print(k,v)
end

执行上面的的程序,我们可以得到如下的输出结果:

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

元表中 __add 键用于修改加法操作符的行为。其它操作对应的元表中的键值如下表所示。

描述
__add 改变加法操作符的行为。
__sub 改变减法操作符的行为。
__mul 改变乘法操作符的行为。
__div 改变除法操作符的行为。
__mod 改变模除操作符的行为。
__unm 改变一元减操作符的行为。
__concat 改变连接操作符的行为。
__eq 改变等于操作符的行为。
__lt 改变小于操作符的行为。
__le 改变小于等于操作符的行为。

__call

使用 __call 可以使表具有像函数一样可调用的特性。下面的例子中涉及两个表,主表 mytable 和 传入的实参表结构 newtable,程序完成两个表中值的求和。

mytable = setmetatable({10}, {
  __call = function(mytable, newtable)
	sum = 0
	for i = 1, table.maxn(mytable) do
		sum = sum + mytable[i]
	end
    for i = 1, table.maxn(newtable) do
		sum = sum + newtable[i]
	end
	return sum
  end
})
newtable = {10,20,30}
print(mytable(newtable))

运行上面的代码,我们可以得到如下的输出结果:

70

__tostring

要改变 print 语句的行为,我们需要用到 __tostring 元方法。下面是一个简单的例子:

mytable = setmetatable({ 10, 20, 30 }, {
  __tostring = function(mytable)
    sum = 0
    for k, v in pairs(mytable) do
		sum = sum + v
	end
    return "The sum of values in the table is " .. sum
  end
})
print(mytable)

运行上面的代码,我们可以得到如下的输出结果:

The sum of values in the table is 60

如果你完全掌握了元表的用法,你就可以实现很多看上面很复杂的操作。如果不使用元表,就不仅仅是看上去很复杂了,而是真的非常复杂。所以,多做一些使用元表的练习,并熟练掌握所有元表的可选项,这会让你受益匪浅。

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