Lua元表

哈喽，好久没有做记录了，最近刚好有时间打算整理一些基础常用内容，先做一期关于Lua相关的内容热热身。如果内容有误，欢迎大家指出我会积极做出响应。

在Lua中，元表（metatable）和元方法（metamethod）是一对密切相关的概念，用于扩展表的行为。元表是一个特殊的表，用来定义元方法，而元方法则是元表中的某些特定字段，用于自定义表的操作行为，这一章主要记录元表（metatable）。

1. 什么是Lua

在开始介绍元表之前，我们先大致了解Lua是什么。

Lua 是一种可嵌入、轻量、快速、功能强大的脚本语言。

Lua 很适合用于配置、脚本化、插件化和快速构造原型的场景。

Lua 是一门轻量级脚本语言，其核心设计目标之一是简单而高效。

Lua 体积小、启动速度快，在所有脚本引擎中，Lua 的速可以于说是最快的。

Lua 运行依托于宿主语言可以是c++，c#，golang等，只需要实现Lua解释器。

2. Lua的元表

Lua中设计元表的主要原因是为了提供一种灵活的机制。

元表像是一个"操作指南"，里面包含了一系列的解决方案。

元表能够扩展表的行为，而无需改变Lua本身的简单性和动态性。
元表是 Lua 中的普通表，可以附加到另一个表上，用于改变该表的行为。
元表赋予了Lua用户自定义操作的能力，如重载操作符，拦截访问，模拟面向对象编程等。

例如，当对一个表执行特定操作（如算术运算、比较操作或访问不存在的键）时，Lua 会检查是否有元表以及是否定义了对应的 元方法。

2.1 设置元表

通过 setmetatable 和 getmetatable 可以设置和获取表的元表。

Lua 复制代码

local t = {}           -- 普通表
local mt = {}          -- 元表
setmetatable(t, mt)    -- 将元表附加到表 t 上

print(getmetatable(t)) -- 输出元表 mt

每个表可以有一个独立的元表。
轻量灵活：元表是普通的表，但它的字段有特殊的意义（元方法）。
动态行为扩展：元表提供了一种机制，可以在不改变表本身的情况下扩展表的行为。

2.2 原始元表

Lua中元表的设置只能针对table，其他类型都不能设置。
Lua只有string初始化了元表，而且是针对所有的字符串，其他的类型都为nil。
table的原始元表为nil，也就是没有设置元表，只能通过 setmetatable进行设置。
多个table可以共享一个table作为元表，也可以使用自己作为自己的元表，它自身也是table。

Lua 复制代码

print("表的初始值", getmetatable({}))           --> 表的初始值	nil

print("整型的初始值", getmetatable(10))         --> 整型的初始值	nil
print("浮点型的初始值", getmetatable(10.0))      --> 浮点型的初始值	nil

--- 通过打印可以看到两个字符串的元表是同一个
print("字符串的初始值", getmetatable("新年快乐"))   --> 字符串的初始值	table: 0x600000b14640
print("字符串的初始值", getmetatable("Happy New Year"))  --> 字符串的初始值	table: 0x600000b14640

print("布尔型的初始值", getmetatable(true))     --> 布尔型的初始值	nil

print("nil的初始值", getmetatable(nil))         --> nil的初始值	nil

function sayHello()  end
print("函数的初始值", getmetatable(sayHello))   --> 函数的初始值	nil

2.3 setmetatable

为表设置一个元表。元表是一个特殊的表，可以用来扩展和改变 Lua 表的行为。
参数：
- table：需要设置元表的目标表。
- matetable：元表，要设置的元表，可以包含元方法（如 __index、__add 等）。
返回值：返回被设置元表的表，也就是参数table。
给表设置元表

Lua 复制代码

local t = {}  -- 原始表
local mt = {} -- 元表

setmetatable(t, mt) -- 设置元表
print(getmetatable(t) == mt) -- 输出 true

设置操作符重载
- 通过设置元表中的元方法，扩展表的行为。

Lua 复制代码

local t1 = {value = 10}
local t2 = {value = 20}
local mt = {
    __add = function(a, b)
        return {value = a.value + b.value}
    end
}

setmetatable(t1, mt)
setmetatable(t2, mt)

local t3 = t1 + t2
print(t3.value) -- 输出 30

结合 __index 实现继承
- setmetatable 常用于为表设置 __index 元方法，来实现默认值或继承。

Lua 复制代码

local defaults = {name = "Default", age = 0}
local t = {}

local mt = {
    __index = defaults
}

setmetatable(t, mt)

print(t.name) -- 输出 "Default"
print(t.age)  -- 输出 0

注意事项
- 只能为表设置元表，如果为非表类型设置元表，将会报错。
- 同一个表只能有一个元表，之后调用 setmetatable会覆盖之前的元表。

2.4 getmetatable

获取表的元表。
如果表没有元表，或元表中设置了保护（__metatable），则返回 nil 或保护值。

参数：
- table：需要获取元表的目标表。
返回值：
- 如果表有元表，返回元表。
- 如果没有元表，返回 nil。
- 如果元表设置了 __metatable 字段，则返回该字段的值，而不是元表本身。
获取表的元表

Lua 复制代码

local t = {}
local mt = {}

setmetatable(t, mt)

local retrieved = getmetatable(t)
print(retrieved == mt) -- 输出 true

保护元表
通过在元表中设置 __metatable 字段，可以防止外部获取或修改元表。

Lua 复制代码

local t = {}
local mt = {}
setmetatable(t, mt)

mt.__metatable = "Protected"

print(getmetatable(t)) -- 输出 "Protected"

-- 尝试修改元表会报错
-- setmetatable(t, nil) -- 报错：cannot change protected metatable

`2.5 setmetatable` 与 `getmetatable` 的关系

setmetatable 用于设置元表。
getmetatable 用于获取元表。
两者通常一起使用，用于实现自定义行为。例如：

Lua 复制代码

local t = {}
local mt = {
    __index = function(_, key)
        return "default value for " .. key
    end
}

setmetatable(t, mt)
print(getmetatable(t)) -- 输出元表 mt

print(t.foo) -- 输出 "default value for foo"

以上基本就是Lua元表的相关介绍，下一章我会准备详细记录下与元表配合使用的 元方法。如果以上内容有偏差的地方欢迎各位大佬留言指出。

1. 什么是Lua

2. Lua的元表

2.1 设置元表

2.2 原始元表

2.3 setmetatable

2.4 getmetatable

2.5 setmetatable 与 getmetatable 的关系

`2.5 setmetatable` 与 `getmetatable` 的关系