Lua 元表(Metatable)

精华

小牛编辑

99浏览

2023-03-14

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(比如相加)。

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)                 -- 这会返回 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。

实例

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：

实例

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：

实例

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：

实例

-- 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，即返回表最大键值
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：

__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：

实例

-- 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：

__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：

实例

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

从本文中我们可以知道元表可以很好的简化我们的代码功能，所以了解 Lua 的元表，可以让我们写出更加简单优秀的 Lua 代码。