深度理解Lua中的table元方法

Lua的table是個很有意思的東西。有些內(nèi)容平時寫代碼的時候很少接觸到，但是了解一下還是很有意思的。

這篇blog參考MetatableEvents，一個一個邊寫測試邊細說。

__newindex

原文翻譯：

__newindex用于分配屬性，當調(diào)用 myTable[key]=value時，如果元表中有__newindex并且指向一個function，就會調(diào)用這個function，傳入的參數(shù)為table, key 和 value

  • 用 rawset(myTable, key, value)可以跳過這個元方法直接給myTable的key屬性賦值為value。
  • 如果__newindex指向的方法中，沒有調(diào)用rawset方法，傳入的鍵值對（key/value）就不會添加到myTable中。

測試代碼：

local meta = {
    __newindex = function(t, key, value)
        print("call __newindex",t, key, value)
    end
}

local test = {}
setmetatable(test, meta)

print("test", test)
print("meta", meta)

test.name = "t1"
test.name = "t2"
print("test.name", test.name)

---- result output ----
test    table: 0x7f9c13406f00
meta    table: 0x7f9c13407240
call __newindex table: 0x7f9c13406f00   name    t1
call __newindex table: 0x7f9c13406f00   name    t2
test.name   nil

測試代碼中，當給t的name的賦值時，就會觸發(fā)元表中的__newindex指向的function，打印的信息可以看到key和value的值。

__newindex方法中傳進來的參數(shù)t的指針和test的指針指向同一個地址，說明__newindex中的參數(shù)t，并不是元表。

測試代碼中對t.name連續(xù)賦值時，__newindex會連續(xù)調(diào)用，需要留意一下這里，后面的測試會跟這里做一個對比。

賦值之后打印 t.name 的值是空的。原因是__newindex并沒有給t.name賦值，我們用一個錯誤的方式給t.name賦值，來加深__newindex的理解。修改一下測試代碼：

local meta = {
    __newindex = function(t, key, value)
        print("call __newindex",t, key, value)
        t[key] = value
    end
}

local test = {}
setmetatable(test, meta)

print("test", test)
print("meta", meta)

test.name = "t1"
test.name = "t2"
print(test.name)

---- result output ----
...
lua: C stack overflow
...

報錯信息，棧溢出。因為t[key] = value這段代碼會調(diào)用t元表中的__newindex的方法，__newindex的方法又會調(diào)用t[key] = value，這樣就進入了死循環(huán)，導致棧溢出。這時就需要用到方法rawset。

修改測試代碼：

local meta = {
    __newindex = function(t, key, value)
        print("call __newindex",t, key, value)
        rawset(t, key, value)
    end
}

local test = {}
setmetatable(test, meta)

test.name = "t1"
test.name = "t2"
print("test.name", test.name)

---- result output ----
call __newindex table: 0x7fdade404e20   name    t1
test.name   t2

這段代碼中信息比較多

在__newindex中使用了rawset方法，可以看到，沒有棧溢出的錯誤了，說明用rawset給table賦值，不會進入__newindex
的方法。

給t.name連續(xù)賦值，會發(fā)現(xiàn)只進入__newindex一次，跟之前不同的是，我們在__newindex給t.name賦了值。如果t中沒有這個key時，才會進入__newindex方法。否則不會進入。

__newindex的默認值就是上面meta.__newindex的代碼。如果不需要額外處理，完全可以不寫。如下：

local meta = {}
local test = {}
setmetatable(test, meta)

test.name = "t1"
print("test.name", test.name)

---- result output ----
test.name   t1

__index

翻譯原文

__index用于控制屬性（prototype）的繼承，當訪問 myTable[key] 時，如果myTable中不存在這個key，但是如果元表（metatable）中有 __index時：

  • 如果__index是一個function，傳遞的參數(shù)是table和key,function的返回值作為結(jié)果返回。
  • 如果__index是一個table，就返回這個表中key對應的值。
    • 如果這個table不存在該key，但是這個table有元表，會繼續(xù)尋找元表中的__index屬性，以此類推。都沒有就返回nil
  • 使用 "rawget(myTable,key)" 可以跳過這個元方法（__index）.

寫點測試：

local test = {}

local meta = {
    __index = function(t, k)
        print("__index", k)
        if rawget(t, k) == nil then
            print("Can't find ".. k)
        end

        return rawget(t, k)
    end,
}

setmetatable(test, meta)

print("test.name1", test.name)
test.name = "hello"
print("test.name2", test.name)


---- result output ----

__index name
Can't find name
test.name1  nil
test.name2  hello

__newindex和__index其實可以類比成setter和getter，這么類比會比較容易理解，但是實際上還是有比較大的區(qū)別。

上面的測試中__index是個function。當執(zhí)行test.name時，如果test.name是nil，會調(diào)用__index的function，并返回function的返回值。否則，直接返回test[key]，不會進入__index。

再做一個測試，這次__index是個table

local test = {}

local meta = {
    __index = {name="meta"},
}

setmetatable(test, meta)

print("test.name1", test.name)
test.name = "hello"
print("test.name2", test.name)

---- result output ----

test.name1  meta
test.name2  hello

這個測試可以看到，訪問順序是先訪問test的name，如果沒有值，再訪問test元表中__index的table。如果test的元表還有元表，會繼續(xù)向上訪問，Lua繼承的實現(xiàn)就是利用這個特性。

掌握__newindex和__index這兩個元方法，可以把這兩個元方法看做兩個事件，那要就要清楚兩個方法的觸發(fā)條件和特性。才能融會貫通。

舉個例子：

禁用全局變量

local meta = {
    __newindex = function(t, k, v)
        print("Error! Can't set globle variable", k)
    end,

    -- 默認實現(xiàn)
    -- __index = function(t, k)
    --     return rawget(t, k)
    -- end
}

setmetatable(_G, meta)

test = "test"
print(test)

---- result output ----

Error! Can't set globle variable    test
nil

__mode

原文翻譯:

控制弱引用，用字符k和v來代表table的鍵和值是否是弱引用。這個感覺沒什么好說的，只寫個測試就好了。

local meta = {__mode = "k"}
local test = {}
setmetatable(test, meta)
key = {}
test[key] = 1
key = {}
test[key] = 2
for k,v in pairs(test) do
    print(v)
end

collectgarbage()
print("collectgarbage")

for k,v in pairs(test) do
    print(v)
end

---- result output ----

1
2
collectgarbage
2

例子中當調(diào)用collectgarbage()進行回收后，test表中只剩下一個值。弱引用的key被清理了。我們也可以在__mode中設置v,kv來表示值 鍵和值都是弱引用。

__call

原文翻譯:

把table當做一個function使用，當table后跟一個圓括號時，而且table的元表中的__call指向一個function，就會調(diào)用這個function，table自己做為第一個參數(shù)，后面可接任意數(shù)量的參數(shù)，返回值就是function的返回值。

測試代碼來模擬實現(xiàn)一個構造方法。

local meta = {
    __call = function(t, ...)

        local instance = {}
        for k, v in pairs(t) do
            instance[k] = v
        end
        return instance
    end
}

local A = setmetatable({}, meta)

function A:info()
    print("info",self)
end

local a = A()
local b = A()

a:info()
b:info()

---- result output ----
info    table: 0x7f8771e05030
info    table: 0x7f8771e050a0

__metatable

原文翻譯：

隱藏真正的元表，當調(diào)用getmetatable時，而且table的元表有__metatable字段，則返回__metatable字段中的值。

測試代碼：

local meta = {
    name = "meta"
}

local test = setmetatable({}, meta)
print(getmetatable(test).name)

local meta = {
    __metatable = {name = "__metatable"},
    name = "meta"
}

local test = setmetatable({}, meta)
print(getmetatable(test).name)

---- result output ----
meta
__metatable

結(jié)果很直觀不解釋了，我另外還做了個的測試，讓__metatable指向了一個function，調(diào)用getmetatable時也會返回這個function。很有意思，但是暫時沒想到有什么應用場景。

__tostring

原文翻譯：

控制字符串的表現(xiàn)，當調(diào)用tostring(myTable)時，且myTable的元表中有__tostring字段時，就會調(diào)用這個方法。返回值是方法的返回值。

測試代碼：

local meta = {
    __tostring = function(t)
        return string.format("My name is %s", t.name)
    end
}

local test = setmetatable({}, meta)
test.name = "test"
print(test)
print(tostring(test))

---- result output ----
My name is test
My name is test

這個也不做過多說明了，很容易理解。有一點提一下就是print方法會自動調(diào)用tostring(test)

__len

原文翻譯：

控制table的長度。當用#操作符請求長度時，且table的元表有__len字段指向一個function，就會調(diào)用這個function，參數(shù)是table自己，返回值是function的返回值。

寫個測試代碼：

local meta = {
    __len = function(t)
        local result = 0
        for k, v in pairs(t) do
            result = result + 1
        end
        return result
    end
}


local test = {
    [1] = "A",
    [2] = "B",
    [3] = "C",
    [5] = "D",
    [6] = "E",
    [8] = "F",
}
print(#test)

setmetatable(test, meta)
print(#test)

---- result output ----
3
6

Lua中使用#獲取長度有個特性，就是如果某個key對應的值是nil就結(jié)束，上面例子中，test第4個值是nil，那返回的長度為3。我們重新定義了__len后返回了，用遍歷的方式計算長度，返回table內(nèi)元素的數(shù)量為6。

__gc

原文翻譯：

簡單說就是數(shù)據(jù)被垃圾回收的時候會首先觸發(fā)__gc。

測試代碼：

local meta = {

    __gc = function(t)
        print("gc")
    end
}

local function test()
    local test = {}
    setmetatable(test, meta)
end

test()

---- result output ----
gc

Lua table中所有的元方法就分析完了，還有一些操作符重載的，不細說了。

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