15、Lua 元表(Metatable)

### **Lua 元表(Metatable)**

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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：

```lua
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：
```lua
mytable = setmetatable({},{})
```
以下为返回对象元表：
```lua
getmetatable(mytable)                 -- 这回返回mymetatable

```
### **__index 元方法**

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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
Lua 5.3.0  Copyright (C) 1994-2015 Lua.org, PUC-Rio
> other = { foo = 3 } 
> t = setmetatable({}, { __index = other }) 
> t.foo
> 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。
```lua
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：

```lua
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：
```lua
mytable = setmetatable({key1 = "value1"}, { __index = { key2 = "metatablevalue" } })
print(mytable.key1,mytable.key2)

```

### **__newindex 元方法**

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__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：

```lua
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：

```lua
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：

```lua
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：
```lua
new value  "4"

```

### **为表添加操作符**

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以下实例演示了两表相加操作：
```lua
-- 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 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：
```lua
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 ‘<=’. |

### **__call 元方法**

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__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：
```lua
-- 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 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：
```lua
70
```

### **__tostring 元方法**

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__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：
```lua
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：
```lua
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。