Lua中的元表(metatable)与元方法(metamethod)

1.知道为什么1 + 1 = 2吗？

为什么在Lua中，1+1会等于2呢？为什么数字和数字相加是合法的，为什么table和table相加就会报错？大家有想过这些问题吗？

没错，规则，这一切都只是规则而已，Lua规定了数字之间可以进行加减乘除，而table之间则不可以。这是因为并没有table和table相加的概念。而在Lua中，进行这些规则限定的秘密就在于元表和元方法。

 

2.元方法

元方法，听起来很深奥，其实它就是格子类型变量之间进行特殊操作的函数。比如，数字的相加，它可能仅仅是一个函数。比如：1+1  ，在底层里，它可能是这样的：add(1, 1)。而add函数就是用来计算两个数字间相加的结果。再如：10X15，它可能是这样的：mul(10, 15)。mul函数就能返回两个数字相乘的结果。（可能这例子不太恰当，但就是这么个意思~）

 

最后，如果是两个table呢？

local t1 = {};local t2 = {};t1 + t2;

它可能就是这样的：？？？？

没错，Lua中不存在可以计算两个table相加的函数，也就是说，不存在这样的元方法。

3.元表

元表本身并没有什么作用，它是用来存放元方法的一个table。Lua中的每一个值都有或者可以有一个元表，table和userdata可以各种拥有独立的元表。但是，其他类型的值就只能共享其类型所属的元表，比如，数字，所有的数字都共用一个元表。

4.改变规则

如果说，我们就是希望将两个table进行相加呢？

试试看，如下代码：

local t1 = {};local t2 = {};local result = t1 + t2;

直接运行肯定报错的。

 

因此，为了满足我们这种需求，Lua允许我们修改元表。一个元表，其实就是一个table值，所以，我们只需要新建一个table，添加元方法即可。比如加法运算的元方法就是：__add，这是Lua规定的。只要某个值的元表里含有__add这个元方法，那就可以使用+号进行运算。

如下代码：

-- 创建一个元表local mt = {};mt.__add = function(t1, t2)    print("两个table相加的结果就是...神经病啊！table有什么好相加的啊！");endlocal t1 = {};local t2 = {};    -- 给两个table设置新的元表setmetatable(t1, mt);setmetatable(t2, mt);   -- 进行加法操作local result = t1 + t2;

• 首先，创建了一个table变量mt，给这个table新增一个元素__add，这个table就拥有了作为元表的资格了。

• 然后，创建两个新的table变量，使用setmetatable函数给table设置新的元表，此时，两个table变量就以mt作为元表了。

• 最后，对t1和t2进行加法操作，这时就会从元表中查找__add元方法，如果找到的话，就调用这个元方法对两个变量进行加法操作。

 

输出结果如下：

[LUA-print] 两个table相加的结果就是…神经病啊！table有什么好相加的啊！

 

就是这么简单，元表和元方法其实就是给Lua里的值设定一些操作，比如加法、减法之类的，让我们可以对这些操作自定义。

 

不过，有几点要特别注意的：

• 创建一个新的table变量时，它是不存在元表的（可以用getmetatable函数获取某个对象的元表，就能知道这个对象有没有元表存在了）。

• 在Lua中，只能设置table的元表，其他类型的值的元表，只能通过C代码来完成。

5. 元表（metatable）小例子之算术类元方法

1）元方法名

Lua其实已经规定好了各种算术操作符的元方法名字，如：

• __add：加法

• __sub：减法

• __mul：乘法

• __div：除法

• __unm：相反数

• __mod：取模

• __pow：乘幂

只要在自定义元表的时候，给这些元方法名赋予新的函数就可以实现自定义操作了。

2）例子

开始举例吧，我们新建一个自定义的元表（也就是一个table变量），用来定义一些操作：

-- 创建一个元表local mt = {};mt.__add = function(s1, s2)    local result = "";    if s1.sex == "boy" and s2.sex == "girl" then        result = "完美的家庭。";    elseif s1.sex == "girl" and s2.sex == "girl" then        result = "哦呵呵";    else        result = "蛇精病"    end          return result;end

其实这和之前的例子基本一样，只是多说一次而已，使用方式如下：

-- 创建两个table，可以想象成是两个类的对象local s1 = {    name = "Hello",    sex = "boy",};  local s2 = {    name = "Good",    sex = "girl",};   -- 给两个table设置新的元表setmetatable(s1, mt);setmetatable(s2, mt);    -- 进行加法操作local result = s1 + s2;   print(result);

其实我们可以把s1和s2当成是类的对象，实际上Lua也可以模拟类的结构。

输出结果如下：

[LUA-print] 完美的家庭。

6. 元方法的一些零散知识点

1）两个具有不同元表的值进行算术操作（比如加法）

之前举例的时候，两个table相加，这两个table都是具有相同的元表的，所以没有任何问题。

那么，如果两个table或者两个进行相加操作的值，具有不同的元表呢？

对于这种情况，Lua是这样处理：

• a.如果第一个值有元表，就以这个元表为准

• b.否则，如果第二个值有元表，就用第二个值的元表

• c.如果两个值都没有元表，或者没有对于的元方法，那么，就会报错

 

2）关系类的元方法

除了加法减法这些算术类的操作之外，大于小于等这些关系类的操作也是有元方法的：

• __eq：等于

• __lt：小于

• __le：小于等于

如果对两个具备不同元表的值进行这些比较操作，就会报错，一定要注意，这和加减法的规则不一样。

其实想想也很有道理，元表都不一样了，怎么去判断大小呢？判断大小是要有规则的。

 

比如，在军队里，中尉的职位肯定是小于上校的职位。

然后，到了外星世界呢（假设有外星人）？说不定中尉是大于上校的。

所以，地球人和外星人是不能用同一种方式进行军衔比较的。

 

当然，大家也许会说：那地球人和外星人也不能用同一种方式进行加法操作啊！

没错，但是，Lua就是这么规定的！

 

最后，比较特殊的，进行“等于”操作，是不会报错的，哪怕是具有不同元表的值进行等于操作。

其实这想想也是很有道理，地球人等于外星人吗？不等于。在外星那边，外星人也会得到一样的答案，即使判断标准不同。

 

3）保护元表

我们都知道，通过setmetatable和getmetatable可以分别设置和获得元表。但是，如果我们不希望元表被修改或者被看到呢？比如某天你当了主程，你写了一个很牛的模块，因为某些原因要交给一个刚毕业不到30年的学生去修改。你很肯定你的某个值的元表是不能被改动的，那你就可以把它保护起来了。

 

我们可以给元表的__metatable字段赋值，比如：mt.__metatable = “你别碰它的元表，否则过了10年的试用期之后，你就等着走人吧！”

然后，如果那个毕业不到30年的学生真的不小心去修改你的元表的话：

print(getmetatable(s1));setmetatable(s1, mt);

将会输出类似以下的日志：

你别碰它的元表，否则过了10年的试用期之后，你就等着走人吧！

cannot change protected metatable