lua元表详解

元表的作用

元表是用来定义对table或userdata操作方式的表

举个例子

local t1 = {1}
local t2 = {2}
local t3 = t1 + t2

我们直接对两个table执行＋运算，会报错

lua: /usercode/file.lua:3: attempt to perform arithmetic on local 't1' (a table value)

因为程序不知道如何对两个表执行+运行，这时候就需要通过元表来定义如何执行t1的+运算，有点类似于c语言中的运算符重载。

local mt = {}
--定义mt.__add元方法（其实就是元表中一个特殊的索引值）为将两个表的元素合并后返回一个新表
mt.__add = function(t1,t2)
    local temp = {}
    for _,v in pairs(t1) do
        table.insert(temp,v)
    end
    for _,v in pairs(t2) do
        table.insert(temp,v)
    end
    return temp
end
local t1 = {1,2,3}
local t2 = {2}
--设置t1的元表为mt
setmetatable(t1,mt)

local t3 = t1 + t2
--输出t3
local st = "{"
for _,v in pairs(t3) do
    st = st..v..", "
end
st = st.."}"
print(st)

结果为：

{1, 2, 3, 2, }

因为程序在执行t1+t2的时候，会去调用t1的元表mt的__add元方法进行计算。
具体的过程是：
1.查看t1是否有元表，若有，则查看t1的元表是否有__add元方法，若有则调用。
2.查看t2是否有元表，若有，则查看t2的元表是否有__add元方法，若有则调用。
3.若都没有则会报错。
所以说，我们通过定义了t1元表的__add元方法，达到了让两个表通过+号来相加的效果

元表的元方法

函数	描述
__add	运算符 +
__sub	运算符 -
__mul	运算符 *
__ div	运算符 /
__mod	运算符 %
__unm	运算符 -（取反）
__concat	运算符 ..
__eq	运算符 ==
__lt	运算符 <
__le	运算符 <=
__call	当函数调用
__tostring	转化为字符串
__index	调用一个索引
__newindex	给一个索引赋值

由于那几个运算符使用类似，所以就不单独说明了，接下来说 __call， __tostring， __index， __newindex四个元方法。

__call

__call可以让table当做一个函数来使用。

local mt = {}
--__call的第一参数是表自己
mt.__call = function(mytable,...)
    --输出所有参数
    for _,v in ipairs{...} do
        print(v)
    end
end

t = {}
setmetatable(t,mt)
--将t当作一个函数调用
t(1,2,3)

结果：

1
2
3

__tostring

__tostring可以修改table转化为字符串的行为

local mt = {}
--参数是表自己
mt.__tostring = function(t)
    local s = "{"
    for i,v in ipairs(t) do
        if i > 1 then
            s = s..", "
        end
        s = s..v
    end
    s = s .."}"
    return s
end

t = {1,2,3}
--直接输出t
print(t)
--将t的元表设为mt
setmetatable(t,mt)
--输出t
print(t)

结果：

table: 0x14e2050
{1, 2, 3}

__index

调用table的一个不存在的索引时，会使用到元表的__index元方法，和前几个元方法不同，__index可以是一个函数也可是一个table。
作为函数：
将表和索引作为参数传入__index元方法，return一个返回值

local mt = {}
--第一个参数是表自己，第二个参数是调用的索引
mt.__index = function(t,key)
    return "it is "..key
end

t = {1,2,3}
--输出未定义的key索引，输出为nil
print(t.key)
setmetatable(t,mt)
--设置元表后输出未定义的key索引，调用元表的__index函数，返回"it is key"输出
print(t.key)

结果：

nil
it is key

作为table：
查找__index元方法表，若有该索引，则返回该索引对应的值，否则返回nil

local mt = {}
mt.__index = {key = "it is key"}

t = {1,2,3}
--输出未定义的key索引，输出为nil
print(t.key)
setmetatable(t,mt)
--输出表中未定义，但元表的__index中定义的key索引时，输出__index中的key索引值"it is key"
print(t.key)
--输出表中未定义，但元表的__index中也未定义的值时，输出为nil
print(t.key2)

结果：

nil
it is key
nil

__newindex

当为table中一个不存在的索引赋值时，会去调用元表中的__newindex元方法
作为函数
__newindex是一个函数时会将赋值语句中的表、索引、赋的值当作参数去调用。不对表进行改变

local mt = {}
--第一个参数时表自己，第二个参数是索引，第三个参数是赋的值
mt.__newindex = function(t,index,value)
    print("index is "..index)
    print("value is "..value)
end

t = {key = "it is key"}
setmetatable(t,mt)
--输出表中已有索引key的值
print(t.key)
--为表中不存在的newKey索引赋值，调用了元表的__newIndex元方法，输出了参数信息
t.newKey = 10
--表中的newKey索引值还是空，上面看着是一个赋值操作，其实只是调用了__newIndex元方法，并没有对t中的元素进行改动
print(t.newKey)

结果：

it is key
index is newKey
value is 10
nil

作为table
__newindex是一个table时，为t中不存在的索引赋值会将该索引和值赋到__newindex所指向的表中，不对原来的表进行改变。

local mt = {}
--将__newindex元方法设置为一个空表newTable
local newTable = {}
mt.__newindex = newTable
t = {}
setmetatable(t,mt)
print(t.newKey,newTable.newKey)
--对t中不存在的索引进行负值时，由于t的元表中的__newindex元方法指向了一个表，所以并没有对t中的索引进行赋值操作将，而是将__newindex所指向的newTable的newKey索引赋值为了"it is newKey"
t.newKey = "it is newKey"
print(t.newKey,newTable.newKey)

结果：

nil nil
nil it is newKey

rawget 和 rawset

有时候我们希望直接改动或获取表中的值时，就需要rawget和rawset方法了。
rawget可以让你直接获取到表中索引的实际值，而不通过元表的__index元方法。

local mt = {}
mt.__index = {key = "it is key"}
t = {}
setmetatable(t,mt)
print(t.key)
--通过rawget直接获取t中的key索引
print(rawget(t,"key"))

结果：

it is key
nil

rawset可以让你直接为表中索引的赋值，而不通过元表的__newindex元方法。

local mt = {}
local newTable = {}
mt.__newindex = newTable
t = {}
setmetatable(t,mt)
print(t.newKey,newTable.newKey)
--通过rawset直接向t的newKey索引赋值
rawset(t,"newKey","it is newKey")
print(t.newKey,newTable.newKey)

结果：

nil nil
it is newKey    nil

元表的使用场景

作为table的元表

通过为table设置元表可以在lua中实现面向对象编程。

作为userdata的元表

通过对userdata和元表可以实现在lua中对c中的结构进行面向对象式的访问。