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  • 元表

    元表操作:

        setmetatable(table, metatable)

        getmetatable(table)

    元方法操作:

        metatable.元方法 = function (可接受参数)

            (函数体)

        end

    元方法:

        算数运算符:__add(加法)[+]、__mul(乘法)[*]、__sub(减法)[-]、__div(除法)[/]、__unm(相反数)[-]、__mod(取模)[%]、__pow(乘幂)[^]。

        逻辑运算符:__eq(等于)[=]、__lt(小于)[<]、__le(小于等于)[<=]。

        其他运算符:__concat(连接)[..]、__len(取长度)[#]。

        其他元方法:

        __tostring:返回值(可接受参数:table)

        __call:函数调用(可接受参数:table, key)

        __metatable:保护元方法(字符串)

        __index:查找表索引(可接受参数:table, key)

        __newindex:添加新索引(可接受参数:table, key, value) 

     Metatable和Metamethod

      Metatable和Metamethod是用来干啥的?它们可以使得表a和b的表达式“a + b”变得有意义,其中metatable使两个不相关的表a和b之间可以进行操作,而操作的具体行为比如说"+"由metamethod来具体定义。

      Metatable和Metamethod大多数地方都翻译成“元表”和“元函数”,这是一种直译,相当不直观。根据Metatable的用法,我倾向于将Metatable翻译成关联表,Metamethod翻译成关联函数。通过给两个table设置Metatable可以使两个table产生联系,然后对两个table进行一些操作,具体的操作行为由Metamethod来定义。下面的例子中,在对表t1和t2设置关联表mt,并在mt中定义关联函数__add后,就可以对这两个表进行"+"相加操作了。

    t1 = {1, 2, 3}

    t2 = {4,5,6,7,8}

    mt = {}

    mt.__add = function(a, b)

        local ret = 0

        for _, v in pairs(a) do

            ret = ret + v

        end

        for _, v in pairs(b) do

            ret = ret + v

        end

        return ret

    end

    setmetatable(t1, mt)

    setmetatable(t2, mt)

    print(t1 + t2)

    从上面的代码中可以看到关联表就是一个表,而关联函数就是一个函数。当碰到表达式"t1+t2"时,Lua首先查找他们的关联表,找到关联表mt后,会在mt中找与相加操作对应的关联函数__add,找到__add后就将t1和t2作为参数来执行该函数,最后返回结果。

    下面是一个使用关联表来对集合(用table实现的集合)进行操作的示例,实例中定义了集合的并集、交集、比较等运行:

    Set = {}

    --专门用来作为metatable,定义在Set里面以免影响外部的命名空间

    Set.mt = {}   

    --转化为string

    Set.tostring = function (set)

        local s = "{"

        local sep = " "

        for e in pairs(set) do

            s = s .. sep .. e

            sep = ", "

        end

        return s.."}"

    end

    --打印

    Set.print = function(s)

        print(Set.tostring(s))

    end

    Set.mt.__tostring = Set.tostring

    --新建一个集合

    Set.new = function (t)

        local set = {}

        setmetatable(set, Set.mt)        --指定所创建集合的metatable

        for _, l in ipairs(t) do set[l] = true end

        return set

    end

    --并集

    Set.union = function (a,b)

        local res = Set.new{}

        for k in pairs(a) do res[k] = true end

        for k in pairs(b) do res[k] = true end

        return res

    end

    --给metatable增加__add函数(metamethod),当Lua试图对两个集合相加时,将调用这个函数,以两个相加的表作为参数

    Set.mt.__add = Set.union

    --交集

    Set.intersection = function (a,b)

        local res = Set.new{}

        for k in pairs(a) do

            res[k] = b[k]

        end

        return res

    end

    --定义集合相乘操作为求交集

    Set.mt.__mul = Set.intersection

    --先定义"<="操作,然后基于此定义"<"和"="

    Set.mt.__le = function (a, b)

        for k in pairs(a) do

            if not b[k] then return false end

        end

        return true

    end

    --小于

    Set.mt.__lt = function(a, b)

        return a<=b and not (b <= a)

    end

    --等于

    Set.mt.__eq = function(a, b)

        return a <= b and b <= a

    end

    --测试

    s1 = Set.new{1, 2, 3}

    s2 = Set.new{10, 20, 30, 40, 50}

    print(getmetatable(s1))

    print(getmetatable(s2))

    s3 = s1 + s2    --等同于Set.union(s1, s2)

    print(s3)

    print(s3 * s2)

    print(s1 <= s3)

    print(s1 == s3)

    print(s1 < s3)

    print(s1 >= s3)

    print(s1 > s3)

    --起保护作用,getmetatable将返回这个域的值,而setmettable将会出错

    Set.mt.__metatable = "not your business"

    print(getmetatable(s1))

    setmetatable(s1, {})

      当Lua试图对两个表进行相加时,他会检查两个表是否有一个表有Metatable,并且检查Metatable是否有__add域。如果找到则调用这个__add函数(所谓的Metamethod)去计算结果。当两个表有不同的Metatable时,以谁的为准呢?Lua选择metamethod的原则:

      (1)如果第一个参数存在带有__add域的metatable,Lua使用它作为metamethod,和第二个参数无关;

      (2)否则,第二个参数存在带有__add域的metatable,Lua使用它作为metamethod;

      (3)否则,报错。

      Lua中定义的常用的Metamethod如下所示:

      算术运算符的Metamethod:__add(加运算)、__mul(乘)、__sub(减)、__div(除)、__unm(负)、__pow(幂),__concat(定义连接行为)。

      关系运算符的Metamethod:__eq(等于)、__lt(小于)、__le(小于等于),其他的关系运算自动转换为这三个基本的运算。

      库定义的Metamethod:__tostring(tostring函数的行为)、__metatable(对表getmetatable和setmetatable的行为)。

      注意:__metatable不是函数,而是一个变量。假定你想保护你的集合使其使用者既看不到也不能修改metatables。如果你对metatable设置了__metatable的值,getmetatable将返回这个域的值,而调用用setmetatable将会出错:

      注意:相等比较从来不会抛出错误,如果两个对象有不同的metamethod,比较的结果为false,甚至可能不会调用metamethod。这也是模仿了Lua的公共的行为,因为Lua总是认为字符串和数字是不等的,而不去判断它们的值。仅当两个有共同的metamethod的对象进行相等比较的时候,Lua才会调用对应的metamethod。

      print总是调用tostring来格式化它的输出,tostring会首先检查对象是否存在一个带有__tostring域的metatable。

       表相关的Metamethod:

      (1)__index metamethod:在继承中使用较多。当访问表不存在的一个域时,会触发Lua解释器去查找__index metamethod,如果不存在,则返回nil,否则由__index metamethod返回结果。

    Window = {x = 0, y = 0, width = 100, height = 100}

    mt = {}

    mt.__index = function(table, key)

        return Window[key]

    end

    w = {x = 10, y = 20}

    setmetatable(w, mt)

    print(w.width)

      可以看到w没有width域,但有关联表mt,且关联表有__index,因此w.width会触发mt.__index的调用(Lua会将w作为第一个参数、width作为第二个参数来调用该函数)。

      __index除了作为一个函数,还可以直接作为一个表来使用当__index是一个表时,Lua会直接在这个表中查找width域。因此代码也可以像这样来写:

    Window = {x = 0, y = 0, width = 100, height = 100}

    mt = {}

    mt.__index = Window

    w = {x = 10, y = 20}

    setmetatable(w, mt)

    print(w.width)

       rawget(table, index)函数获取表中指定域的值,该函数可以绕过metamethod,直接返回表的域信息,看下面这个例子:

    Window = {x = 0, y = 0, width = 100, height = 100}

    mt = {}

    mt.__index = function(table, key) return Window[key] end

    w = {x = 10, y = 20}

    setmetatable(w, mt)

    print(w.width)                    --100

    print(rawget(w, "width"))        --nil

    print(rawget(w, "x"))            --10

      看上面倒数第二行,rawget(w, "width")访问不存在的域不会触发查找__index。

      (2)__newindex metamethod:__newindex metamethod用来对表更新,__index则用来对表访问。

      当给表的一个不存在的域赋值时(比如w.add = 1),会触发Lua查找__newindex,如果不存在__newindex,则像一般的赋值行为一样导致表添加了一个域。

      (1)不存在__newindex,则像一般的赋值行为一样导致表添加了一个域(w多了一个域add,值为1)

      (2)存在__newindex,则不进行赋值操作,而是由__newindex拦截了赋值操作,并且将(table、域名、值)作为参数调用__newindex。

      也就是说,__newindex可以使得任何对表的添加元素的行为都要经过__newindex,这确实是一个很好的把关。

      rawset(t, k, v)函数也是一个等同于赋值的操作(w.add = 1相当于rawset(w, "add", 1)),但调用该函数可以绕过metamethod,即不会导致__newindex的调用:

    mt = {}

    mt.__newindex = function(table, key, value)

        rawset(table, key, value)        --这里不能写成table.key = value;因为这个给不存在域的赋值操作又会导致__newindex的调用,因而陷入死循环

    end

    w = {x = 10, y = 20}

    setmetatable(w, mt)

    w.add = 1

    print(w.add)            -- 1

       和__index一样,__newindex也可以是一个表,如果__newindex是一个表,会导致对指定的那个表而不是原始的表进行赋值操作。

    Window = {x = 0, y = 0, width = 100, height = 100}

    mt = {}

    mt.__newindex = Window

    w = {x = 10, y = 20}

    setmetatable(w, mt)

    w.add = 1

    print(w.add)                --nil

    print(Window.add)            --1

      赋值操作导致Windows添加了一个元素add,而w不影响。

      当__index和__newindex混合使用时,一定要注意区分每个行为都干了什么事情:

    Window = {x = 0, y = 0, width = 100, height = 100}

    mt = {}

    mt.__index = Window

    mt.__newindex = Window

    w = {x = 10, y = 20}

    setmetatable(w, mt)

    w.add = 1

    print(w.add)                --1

    print(Window.add)            --1

      __newindex为表时,w.add=1表示给Window添加了add,但通过__index,w也能访问到Window的add。

      再看下面这个例子:

    Window = {x = 0, y = 0, width = 100, height = 100}

    mt = {}

    mt.__index = function(table, key)

        return Window[key]

    end

    mt.__newindex = function(table, key, value)

        rawset(table, key, value)

    end

    w = {x = 10, y = 20}

    setmetatable(w, mt)

    w.add = 1

    print(w.add)            -- 1

    print(Window.add)        -- nil

      __newindex为函数时,w.add直接给w添加了add域,但Window并不存在add。所以结论是:当__newindex是函数时,给目标表w添加域;当__newindex是表时,给指向表添加域。

       关于__index和__newindex一定要注意区分,什么时候进入__index,什么时候进入__newindex:

    Window = {x = 0, y = 0, width = 100, height = 100}

    mt = {}

    mt.__index = function(table, key)

        print("going here __index")

        return Window[key]

    end

    w = {x = 10, y = 20}

    setmetatable(w, mt)

    s = w.width                            -- going here __index 访问语句会进入__index

    w.width = 1                              -- 赋值语句不会进入__index,这里会导致w表添加width域

    print(w.width)                          -- 1

    print(rawget(w, "width"))               -- 1

    print(Window.width)                    -- 100

      访问语句进入__index,赋值语句不进入__index。

    mt = {}

    mt.__newindex = function(table, key, value)

        print("going here __newindex")

        rawset(table, key, value)

    end

    w = {x = 10, y = 20}

    setmetatable(w, mt)

    s = w.add                             -- 访问语句不会进入__newindex

    w.add = 1                            -- going here __newindex 赋值语句进入__newindex

    print(w.add)                        -- 1

    print(rawget(w, "add"))            -- 1

      赋值语句进入_newindex,访问语句不进入__newindex。

       结合上面这两句话就很容易理解下面这个例子了: 

    Window = {x = 0, y = 0, width = 100, height = 100}

    mt = {}

    mt.__index = function(table, key)

        print("going here __index")

        return Window[key]

    end

    mt.__newindex = function(table, key, value)

        print("going here __newindex")

        rawset(table, key, value)

    end

    w = {x = 10, y = 20}

    setmetatable(w, mt)

    s = w.width                            -- going here __index

    w.width = 1                            -- going here __newindex

    print(w.width)                        -- 1

    print(rawget(w, "width"))            -- 1

      倒数第三条语句w.width = 1不会进入__index,所以会导致给w表添加新的域width。也就是说__index逻辑不会影响__newindex的判断,虽然__index可以访问到域width,但__newindex依然仍未w没有width域。

      这些概念非常的绕,而且Lua是一种弱类型化语言,所以对于很多概念的具体行为一定要自己多加测试,不能够想当然。

    Lua 元表(Metatable)

    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:

    mytable = {}                          -- 普通表

    mymetatable = {}                      -- 元表

    setmetatable(mytable,mymetatable)     -- 把 mymetatable 设为 mytable 的元表

    以上代码也可以直接写成一行:

    mytable = setmetatable({},{})

    以下为返回对象元表:

    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:

    $ lua

    Lua 5.3.0  Copyright (C) 1994-2015 Lua.org, PUC-Rio

    > other = { foo = 3 }

    > t = setmetatable({}, { __index = other })

    > t.foo

    3

    > t.bar

    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。

    mytable = setmetatable({key1 = "value1"}, {

      __index = function(mytable, key)

        if key == "key2" then

          return "metatablevalue"

        else

          return nil

        end

      end

    })

    print(mytable.key1,mytable.key2)

    实例输出结果为:

    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:

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

    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。

        该部分内容来自作者寰子:https://blog.csdn.net/xocoder/article/details/9028347

    __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:

    mymetatable = {}

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

    print(mytable.key1)

    mytable.newkey = "新值2"

    print(mytable.newkey,mymetatable.newkey)

    mytable.key1 = "新值1"

    print(mytable.key1,mymetatable.key1)

    以上实例执行输出结果为:

    value1

    nil    新值2

    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:

    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)

    以上实例执行输出结果为:

    new value    "4"

    为表添加操作符

    以下实例演示了两表相加操作:

    -- 计算表中最大值,table.maxn在Lua5.2以上版本中已无法使用

    -- 自定义计算表中最大键值函数 table_maxn,即计算表的元素个数

    function table_maxn(t)

        local mn = 0

        for k, v in pairs(t) do

            if mn < k then

                mn = k

            end

        end

        return mn

    end

    -- 两表相加操作

    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

    以上实例执行输出结果为:

    1    1

    2    2

    3    3

    4    4

    5    5

    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:(注意:__是两个下划线)

    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:

    -- 计算表中最大值,table.maxn在Lua5.2以上版本中已无法使用

    -- 自定义计算表中最大键值函数 table_maxn,即计算表的元素个数

    function table_maxn(t)

        local mn = 0

        for k, v in pairs(t) do

            if mn < k then

                mn = k

            end

        end

        return mn

    end

    -- 定义元方法__call

    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))

    以上实例执行输出结果为:

    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:

    mytable = setmetatable({ 10, 20, 30 }, {

      __tostring = function(mytable)

        sum = 0

        for k, v in pairs(mytable) do

            sum = sum + v

        end

        return "表所有元素的和为 " .. sum

      end

    })

    print(mytable)

    以上实例执行输出结果为:

    表所有元素的和为 60

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