Lua程序转载 - 面向对象的实现探讨

转载出处：http://blog.csdn.net/xenyinzen/article/details/3536708 

    元表概念
     Lua中，面向对向是用元表这种机制来实现的。首先，通常来讲，一个表和它的元表是不一样的个体（不属于同一个表），在建立新的table时，不会自动建立元表。可是，任何表均可以有元表（这种能力是存在的）。

e.g.
t = {}
print(getmetatable(t))   --> nil
t1 = {}
setmetatable(t, t1)
assert(getmetatable(t) == t1)

setmetatable( 表1， 表2) 将表2挂接为表1的元表，而且返回通过挂接后的表1。

元表中的__metatable字段，用于隐藏和保护元表。当一个表与一个赋值了__metatable的元表进行挂接时，用getmetatable操做这个表，就会返回__metatable这个字段的值，而不是元表！用setmetatable操做这个表（即给这个表赋予新的元表），那么就会引起一个错误。

table: 0x9197200
Not your business
lua: metatest.lua:12: cannot change a protected metatable
stack traceback:
    [C]: in function 'setmetatable'
    metatest.lua:12: in main chunk
    [C]: ?

__index方法

元表中的__index元方法，是一个很是强力的元方法，它为回溯查询（读取）提供了支持。而面向对象的实现基于回溯查找。
当访问一个table中不存在的字段时，获得的结果为nil。这是对的，但并不是彻底正确。实际上，若是这个表有元表的话，这种访问会促使Lua去查找元表中的__index元方法。若是没有这个元方法，那么访问结果就为nil。不然，就由这个元方法来提供最终的结果。

__index能够被赋值为一个函数，也能够是一个表。是函数的时候，就调用这个函数，传入参数（参数是什么后面再说），并返回若干值。是表的时候，就以相同的方式来从新访问这个表。（是表的时候，__index就至关于元字段了，概念上仍是分清楚比较好，虽然在Lua里面一切都是值）

注意，这个时候，出现了三个表的个体了。这块很容易犯晕，咱们来理一下。
咱们直接操做的表，称为表A，表A的元表，称为表B，表B的__index字段被赋予的表，称为表C。整个过程是这样的，查找A中的一个字段，若是找不到的话，会去查看A有没有元表B，若是有的话，就查找B中的__index字段是否有赋值，这个赋值是否是表C，若是是的话，就再去C中查找有没有想访问的那个字段，若是找到了，就返回那个字段值，若是没找到，就返回nil。

对于没有元表的表，访问一个不存在的字段，就直接返回一个nil了。

__newindex是对应__index的方法，它的功能是“更新（写）”，二者是互补的。这里不细讲__newindex，可是过程很类似，灵活使用两个元方法会产生不少强大的效果。

从继承特性角度来说，初步的效果使用__index就能够实现了。

面向对象的实现

Lua应该说，是一种原型语言。原型是一种常规的对象，当其余对象（类的实例）遇到一个未知的操做时，原型会去查找这个原型。在这种语言中要表示一个类，只需建立一个专用做其余对象的原型。实际上，类和原型都是一种组织对象间共享行为的方式。

Lua中实现原型很简单，在上面分析的的那个三个表中，C就是A的原型。

原理讲通后，来一点小技巧。其实，上面说的三个表嘛，不必定就是彻底不一样的。A和C能够是同一个。看下面的例子。

A = {}
setmetatable( A, { __index = A } )

这时，至关于A是A自身的原型了，本身是本身的原型，是个颇有趣的字眼。就是说在查找的时候，在本身身上找不到就不会去其余地方找了。不过，自身是自身的原型自己并无多大用的。若是A能作为一个类，而后生成的新对象以A作为原型，这才有用，后面谈。

再看，自身也能够是自身的元表的。即A能够是A的元表。

A = {}
setmetatable( A, A )
这时就能够这样写了，
A.__index = 表或函数
本身是本身的元表有用处的，若是A.__index是赋予的一个表，至少能在内存中少产生一个表；而若是A.__index是一个函数，那么就会产生很简洁强大的效果。（__index为其自己的一个字段了，不是很简洁吗）

而后，元表B与原型表C也能够是同一个。
A = {}
B = {}
B.__index = B
setmetatable( A, B )
这时，一个表的元表，就是这个表的原型，在面向对象的概念里，就是这个表的类。

咱们甚至能够，这样来写：

A = {}
setmetatable( A, A )
A.__index = A

从语法原理上，是行得通的。但Lua解释器为了不出现没必要要的麻烦（循环定义），把这种状况给Kick掉了，若是这样写，会报错，并提示

loop in gettable

说真的，这样定义也确实没什么用处。

下面开始正式进入面向对象的实现。

先引用一下Sputnik中的实现片段，

local Sputnik = {}
local Sputnik_mt = {__metatable = {}, __index = Sputnik}

function new(config, logger)

   -- 这里生成obj对象以后，obj的原型就是Sputnik了，然后面会有不少的Sputnik的方法定义
   local obj = setmetatable({}, Sputnik_mt)
   -- 这里的方法就是“继承”的Sputnik的方法
   obj:init(config)
   返回这个对象的引用
   return obj
end

由上面可见，两个表定义加上一个方法，实现了类，及由类产生对象的方案。由于这是在模块中，故new前面没有表名称。这种方式实现有个好处，就是在外界调用此模块的时候，使用 

sputnik = require "sputnik"
而后，调用
s = sputnik.new()
就能够生成一个sputnik对象s了，这个对象会继承原型Sputnik（就是上面定义的那个表）的全部方法和属性。

可是，这种方法定义的，也有点问题，就是，类的继承实现上不方便。它只是在类的定义上，和生成对象的方式上比较方便，可是在类之间的继承上不方便。

下面，用另外一种方式实现。

A = {
    x = 10,
    y = 20
}

function A:new( t )
    local t = t or {}
    self.__index = self
    setmetatable( t, self )
    return t
end

从A中产生一个对象AA

AA = A:new()

此时，AA就是一个新表了，它是一个对象，但也是一个类。它还能够继续以下操做：

s = AA:new()

AA中原本是没有new这个方法的，但它被赋予了一个元表（同时也是原型），这个时候是A，A中有new方法和x，y两个字段。

AA经过__index回溯到A找到了new方法，而且执行new的代码，同时还会传入self参数。这就是奇妙所在，此时候传入的self参数引用的是AA这个表，而再也不是第一次调用时A这个表了。所以 AA:new() 执行后，一样，是生成了一个新的对象s，同时这个对象以AA为原型，而且继承AA的全部内容。至此，咱们不是已经实现了类的继承了吗？AA如今是A的子类，s是AA的一个对象实例。后面还能够以此类推，创建长长的继承链。

由上也可见，类与原型概念上仍是有区别的，Lua是一种原型语言，这点体现的得很明显，类在这种语言中，就是原型，而原型仅仅是一个常规对象。

下面，若是在A中定义了函数：
function A:acc( v )
    self.x = self.x + v
end

function A:dec( v )
    if v > self.x then error "not more than zero" end
    self.x = self.x - v
end

而后，如今调用
s:acc(5)

那么，是这样调用的，先是查找s中有无acc这个方法，没有找到，而后去找AA中有无acc这个方法，仍是没找到，就去A中找有无此方法，找到了。找到后，将指向s的self参数和5这个参数传进acc函数中，并执行acc的代码，执行里面代码的时候，这一句：
self.x = self.x + v
在表达式右端，self.x是一个空值，由于self如今指向的是s，所以，根据__index往回回溯，一直找到A中有一个x，而后引用这个x值，10，所以，上面表达式就变成
self.x = 10 + 5
右边计算得15，赋值给左边，但这时self.x没有定义，可是s（及s的元表）中也没有定义__newindex元方法，因而，就在self（此时为s）所指向的表里面新建一个x字段，而后将15赋值给这个字段。

通过这个操做以后，实例s中，就有一个字段（成员变量）x了，它的值为15。
下次，若是再调用
s:dec(10)
的话，就会作相似的回溯操做，不过此次只作方法的回溯，而不作成员变量x的回溯，由于此时s中已经有x这个成员变量了，执行了这个函数后，s.x会等于5。

综上，这就是整个类继承，及对象实例方法引用的过程了。不过，话还没说完。

AA做为A的子类，自己是能够有一些做为的，由于AA之下的类及对象在查找时，都会先经过它这一关，才会到它的父亲A那里去，所以，它这里能够重载A的方法，好比，它能够定义以下函数：

function AA:acc(v)
    ...
end

function AA:dec(v)
    ...
end

函数里面能够写入一些新的不同的内容，以应对现实世界中复杂的差别性。这个特性用面向对象的话来讲，就是子类能够覆盖父类的方法及成员变量（字段），也就是重载。这个特性是必须的。

AA中还能够定义一些A中没有的方法和字段，操做是同样的，这里提一下。

Lua中的对象还有一个很灵活强大的特性，就是无须为指定一种新行为而建立一个新类。若是只有一个对象须要某种特殊的行为，那么能够直接在该对象中实现这个行为。也就是说，在对象被建立后，对象的方法和字段还能够被增长，重载，以应对实际多变的状况。而毋须去劳驾类定义的修改。这也是类是普通对象的好处。更加灵活。

能够看出，A:new()这个函数是一个很关键的函数，在类的继承中起了关键性因素。不过为了适应在模块中使用的状况（不少），在function A:new(t)以外还定义一个 
function new(t)
    A:new(t)
end
将生成函数封装起来，而后，只需使用 模块名.new() 就能够在模块外面生成一个A的实例对象了。