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详解Lua中的元表和元方法

2023-09-11 08:37:30 作者：江澎涌

Lua中的元表（Metatable）和元方法（Metamethods）是Lua语言中的重要概念,它们允许我们对对象和操作进行自定义,本文讲给大家详细介绍一下Lua中的元表和元方法,需要的朋友可以参考下

一、元表

元表可以修改一个值在面对一个未知操作时的行为，Lua 中使用 table 作为元表的承载。

元表只能给出预先定义的操作集合的行为，比类会更加受限制，不支持继承。

Lua 每一个值都可以有元表 ：

表和用户数据类型都具有各自独立的元表；
其他类型的值则共享对应类型所属的同一个元表；

二、元表的设置

1、类型的原始元表

Lua 中，元表的设置只能针对 table ，其他类型都不能设置。

table 的初始化元表为 nil ，即没有设置元表，只能通过 setmetatable 进行设置，多个 table 可以共享一个 table 作为元表（当然也可以使用他自己作为自己的元表，因为他自身也是一个 table）

Lua 只有 string 初始化了元表，而且是针对了所有的字符串，即 string 都是同一个元表。其他的类型为 nil 。

print("表的初始值", getmetatable({}))           --> 表的初始值	nil
print("整型的初始值", getmetatable(10))         --> 整型的初始值	nil
print("浮点型的初始值", getmetatable(10.0))      --> 浮点型的初始值	nil
--- 通过打印可以看到两个字符串的元表是同一个
print("字符串的初始值", getmetatable("江澎涌"))   --> 字符串的初始值	table: 0x600000b14640
print("字符串的初始值", getmetatable("jiangpengyong"))  --> 字符串的初始值	table: 0x600000b14640
print("布尔型的初始值", getmetatable(true))     --> 布尔型的初始值	nil
print("nil的初始值", getmetatable(nil))         --> nil的初始值	nil
function sayHello()  end
print("函数的初始值", getmetatable(sayHello))   --> 函数的初始值	nil

2、设置元表和获取元表

2-1、setmetatable(table, metatable)

给表 table 设置元表 metatable

参数

table：要被设置元表的表
metabale：元表，如果值为 nil ，则表明要删除 table 的原有元表。如果原来的元表有 __metatable 字段，则不能再设置元表，否则会抛出异常 cannot change a protected metatable

__metatable 会在下面的 “表相关方法” 小节分享

返回值：

返回被设置元表的表，就是参数 table

2-2、getmetatable(object)

如果 object 没有元表，则返回 nil

如果对象 Object 有元表，且该元表有一个 "__metatable" 字段，则返回关联的值。否则，返回给定对象 Object 的元表

2-3、举个例子

local oriTable = {}
local metaTable = {}
print(setmetatable(oriTable, metaTable), oriTable, metaTable)       --> table: 0x600001ac0840	table: 0x600001ac0840
print(getmetatable(oriTable), metaTable)                            --> table: 0x600001ac0900	table: 0x600001ac0900

给元表带有 __metatable 字段的表，设置新的元表，则会抛出异常（见下图）

t2 = { c = 1 }
t2.__metatable = { a = 1 }
s1 = {}
setmetatable(s1, t2)
print('getmetatable(s1)["a"]', getmetatable(s1)["a"])           --> getmetatable(s1)["a"]	1
-- 此处会抛出异常：cannot change a protected metatable
print(setmetatable(s1, {}))

三、元表方法

1、具有的元方法

元表方法方法很像 kotlin 中的操作符方法

1-1、算术运算符

元表方法	含义
__add	加法
__mul	乘法
__sub	减法
__div	除法
__floor	floor除法
__unm	负数
__mod	取模
__pow	幂运算
__band	按位与
__bor	按位或
__bxor	按位异或
__bnot	按位取反
__shl	向左移
__shr	向右移
__concat	定义连接运算符

1-2、关系运算符

元表方法	含义
__eq	等于
__lt	小于
__le	小于等于

值得注意： ～=、a > b、a >= b 没有对应的元方法，会被转为如下

a ~= b 会被转为 not( a == b)
a > b 会被转为 b < a
a >= b 会被转为 b <= a

关系运算符遇到两个不同类型的对象，则会直接返回 false ，不会进行搜寻任何的元方法

1-3、库相关方法

元表方法	含义
__tostring	当调用 `tostring` 时，会先检查值是否有一个元方法 `__tostring` ，有则会先使用。
__metatable	使用该元方法可以保护元表，用户无法获取也无法修改该元表。当元表设置了 __metatable 的字段，则 getmetatable 会返回这个字段的值，而 setmetatable 则会引发错误
__pairs	从 Lua 5.2 开始，当元表拥有一个 __pairs 的元方法时，pairs 会调用这个元方法来完成遍历

1-4、表相关方法

元表方法	含义
__index	一旦访问 table 中不存在的字段，正常情况下会返回 nil 。如果设置了这个元表方法，则会调用自身元表对应的该 __index 元方法，并以被调用的表（即此处的 table ，不是元表）和键作为参，进行调用。也可以给 __index 设置一个 table，这样就会直接在这table 中查询，速度比方法稍快。可以通过 `rawget` 获取原始数据，不考虑元表。
__newindex	当调用 table 进行索引赋值时，如果设置了该元表方法，则会使用被调用的表（即此处的 table ，不是元表），键和值作为参，调用该方法。同样也可以给 __newindex 设置一个表，则会将值直接存至该表。可以通过 `rawset(talbe, key, value)` 相当于 `table[key] = value` 进行直接对 table 的赋值，不考虑元表。
__len	获取 table 的长度时，会调用该方法，获取长度

__index 和 __newindex 的异同

相同点：两个函数都是发生在 table 中没有对应的 key 时触发
不同点：当前需要的索引没有对应的值时则调用 __index ，如果 table 设置值时，则调用 __newindex

2、元方法的搜索

如果两个变量相加，搜索规则如下：

先查看第一个值是否有元表，并且是否存在所需元方法，如果存在则使用该元方法，此时第二个值的元方法被忽略。否则进入下一条
查看第二个值是否有元表，并且是否存在所需的元方法，如果有则进行使用。否则进入第三条
抛出异常

3、举个例子

这里元方法比较多，就不一一粘贴代码了，不然会让文章非常冗长。建议各位童鞋们移步 github clone 下代码自行运行一下会更加深刻理解。

“算术运算符” 、 “关系运算符”、“库相关方法” 相关的代码 可以查看以下的代码：

集合.lua：github.com/zincPower/l…

集合调用.lua：github.com/zincPower/l…

“表相关方法” 相关的代码

表相关元方法.lua：github.com/zincPower/l…

四、写在最后

以上就是详解Lua中的元表和元方法的详细内容，更多关于Lua元表和元方法的资料请关注脚本之家其它相关文章！