Lua 元表(Metatable)

Posted 2021-04-10 Linux大师

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：

 
   
   
 

  
    
    
  
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
   
 
  
  
    
    
  
$ luaLua 5.3.0 Copyright (C) 1994-2015 Lua.org, PUC-Rio> other = { foo = 3 }> t = setmetatable({}, { __index = other })> t.foo3> t.barnil
 
   
   
 
 
   
   
 

  
    
    
  
  
    
    
  

 
   
   
 

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，返回该元素，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)
 
   
   
 
 
   
   
 

  
    
    
  

  
    
    
  

 
   
   
 

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__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.newkey1)
 
   
   
 
 
   
   
 

  
    
    
  

  
    
    
  

 
   
   
 

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"
 
   
   
 
 
   
   
 

  
    
    
  

  
    
    
  

 
   
   
 

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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值函数 table_maxn

 
   
   
 

function table_maxn(t) local mn = 0 for k, v in pairs(t) do if mn < k then mn = k end end return mnend
-- 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) doprint(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：

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 '<='.

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__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值函数 table_maxn

 
   
   
 

function table_maxn(t) local mn = 0 for k, v in pairs(t) do if mn < k then mn = k end end return mnend
-- 定义元方法__callmytable = 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

 
   
   
 

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__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

 
   
   
 

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。