Lua 中 metatable 是一个普通的 table,但其主要有以下几个功能:
1.定义算术操作符和关系操作符的行为
2.为 Lua 函数库提供支持
3.控制对 table 的访问
Metatables 定义操作符行为
Metatable 能够被用于定义算术操作符和关系操作符的行为。例如:Lua 尝试对两个 table 进行加操作时,它会按顺序检查这两个 table 中是否有一个存在 metatable 并且这个 metatable 是否存在 __add 域,如果 Lua 检查到了这个 __add 域,那么会调用它,这个域被叫做 metamethod。
Lua 中每个 value 都可以有一个 metatable(在 Lua 5.0 只有 table 和 userdata 能够存在 metatable)。每个 table 和 userdata value 都有一个属于自己的 metatable,而其他每种类型的所有 value 共享一个属于本类型的 metatable。在 Lua 代码中,通过调用 setmetatable 来设置且只能设置 table 的 metatable,在 C/C++ 中调用 Lua C API 则可以设置所有 value 的 metatable。默认的情况下,string 类型有自己的 metatable,而其他类型则没有:
print(getmetatable('hi')) --> table: 003C86B8 print(getmetatable(10)) --> nil
Metamethod 的参数为操作数(operands),例如:
local mt = {} function mt.__add(a, b) return 'table + ' .. b end local t = {} setmetatable(t, mt) print(t + 1)
每个算术操作符有对应的 metamethod:
+ | __add |
* | __mul |
- | __sub |
/ | __div |
- | __unm (for negation) |
% | __mod |
^ | __pow |
对于连接操作符有对应的 metamethod:__concat
同样,对于关系操作符也都有对应的 metamethod:
== | __eq |
< | __lt |
<= | __le |
其他的关系操作符都是用上面三种表示:
a ~= b 表示为 not (a == b)
a > b 表示为 b < a
a >= b 表示为 b <= a
和算术运算符不同的是,关系运算符用于比较拥有不同的 metamethod(而非 metatable)的两个 value 时会产生错误,例外是比较运算符,拥有不同的 metamethod 的两个 value 比较的结果是 false。
不过要注意的是,在整数类型的比较中 a <= b 可以被转换为 not (b < a),但是如果某类型的所有元素并未适当排序,此条件则不一定成立。例如:浮点数中 NaN(Not a Number)表示一个未定义的值,NaN <= x 总是为 false 并且 x < NaN 也总为 false。
为 Lua 函数库提供支持
Lua 库可以定义和使用的 metamethod 来完成一些特定的操作,一个典型的例子是 Lua Base 库中 tostring 函数(print 函数会调用此函数进行输出)会检查并调用 __tostring metamethod:
local mt = {} mt.__tostring = function(t) return '{' .. table.concat(t, ', ') .. '}' end local t = {1, 2, 3} print(t) setmetatable(t, mt) print(t)
另外一个例子是 setmetatable 和 getmetatable 函数,它们定义和使用了 __metatable 域。如果你希望设定的 value 的 metatable 不被修改,那么可以在 value 的 metatable 中设置 __metatable 域,getmetatable 将返回此域,而 setmetatable 则会产生一个错误:
mt.__metatable = "not your business" local t = {} setmetatable(t, mt) print(getmetatable(t)) --> not your business setmetatable(t, {}) stdin:1: cannot change protected metatable
看一个完整的例子:
Set = {} local mt = {} function Set.new(l) local set = {} -- 为 Set 设置 metatable setmetatable(set, mt) for _, v in ipairs(l) do set[v] = true end return set end function Set.union(a, b) -- 检查 a b 是否都是 Set if getmetatable(a) ~= mt or getmetatable(b) ~= mt then -- error 的第二个参数为 level -- level 指定了如何获取错误的位置 -- level 值为 1 表示错误的位置为 error 函数被调用的位置 -- level 值为 2 表示错误的位置为调用 error 的函数被调用的地方 error("attempt to 'add' a set with a not-set value", 2) end 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 function Set.intersection(a, b) local res = Set.new{} for k in pairs(a) do res[k] = b[k] end return res end mt.__add = Set.union mt.__mul = Set.intersection mt.__tostring = function(s) local l = {} for e in pairs(s) do l[#l + 1] = e end return '{' .. table.concat(l, ', ') .. '}' end mt.__le = function(a, b) for k in pairs(a) do if not b[k] then return false end end return true end mt.__lt = function(a, b) return a <= b and not (b <= a) end mt.__eq = function(a, b) return a <= b and b <= a end local s1 = Set.new({1, 2, 3}) local s2 = Set.new({4, 5, 6}) print(s1 + s2) print(s1 ~= s2)
控制 table 的访问
__index metamethod
在我们访问 table 的不存在的域时,Lua 会尝试调用 __index metamethod。__index metamethod 接受两个参数 table 和 key:
local mt = {} mt.__index = function(table, key) print('table -- ' .. tostring(table)) print('key -- ' .. key) end local t = {} setmetatable(t, mt) local v = t.a
__index 域也可以是一个 table,那么 Lua 会尝试在 __index table 中访问对应的域:
local mt = {} mt.__index = { a = 'Hello World' } local t = {} setmetatable(t, mt) print(t.a) --> Hello World
我们通过 __index 可以容易的实现单继承(类似于 JavaScrpit 通过 prototype 实现单继承),如果 __index 是一个函数,则可以实现更加复杂的功能:多重继承、caching 等。我们可以通过 rawget(t, i) 来访问 table t 的域 i,而不会访问 __index metamethod,注意的是,不要太指望通过 rawget 来提高对 table 的访问速度(Lua 中函数的调用开销远远大于对表的访问的开销)。
__newindex metamethod
如果对 table 的一个不存在的域赋值时,Lua 将检查 __newindex metamethod:
1.如果 __newindex 为函数,Lua 将调用函数而不是进行赋值
2.如果 __newindex 为一个 table,Lua 将对此 table 进行赋值
如果 __newindex 为一个函数,它可以接受三个参数 table key value。如果希望忽略 __newindex 方法对 table 的域进行赋值,可以调用 rawset(t, k, v)
结合 __index 和 __newindex 可以实现很多功能,例如:
1.OOP
2.Read-only table
3.Tables with default values
Read-only table
function readOnly(t) local proxy = {} local mt = { __index = t, __newindex = function(t, k, v) error('attempt to update a read-only table', 2) end } setmetatable(proxy, mt) return proxy end days = readOnly{'Sun', 'Mon', 'Tues', 'Wed', 'Thur', 'Fri', 'Sat'} print(days[1]) days[2] = 'Noday' --> stdin:1: attempt to update a read-only table
有时候,我们需要为 table 设定一个唯一的 key,那么可以使用这样的技巧:
local key = {} -- unique key local t = {} t[key] = value
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