Lua中类的实现原理探讨（Lua中实现类的方法）

Lua中没有类的概念，但我们可以利用Lua本身的语言特性来实现类。

下文将详细的解释在Lua中实现类的原理，涉及到的细节点将拆分出来讲，相信对Lua中实现类的理解有困难的同学将会释疑。

类是什么？

想要实现类，就要知道类到底是什么。

在我看来，类，就是一个自己定义的变量类型。它约定了一些它的属性和方法，是属性和方法的一个集合。

所有的方法都需要一个名字，即使是匿名函数实际上也有个名字。这就形成了方法名和方法函数的键值映射关系，即方法名为键，映射的值为方法函数。

比如说有一个类是人，人有一个说话的方法，那就相当于，人（Person）是一个类，说话(talk)是它的一个方法名，说话函数是它的实际说话所执行到的内容。

人也有一个属性，比如性别，性别就是一个键(sex)，性别的实际值就是这个键所对应的内容。

理解了类实际上是一个键值对的集合，我们不难想到用Lua中自带的表来实现类。

实例是什么？

如果理解了类实际就是一个键值映射的表，那么我们再来理解实例是什么。

实例就是具有类的属性和方法的集合，也是一个表了。听起来好像和类差不多？

类全局只有一个集合，相当于上帝，全局只有一块内存；而实例就普通了，普天之下有那么多人，你可以叫A说一句话，A便执行了他的说话方法，但是不会影响B的说话。因为他们是实例，彼此分配着不同的内存。

说了那么多废话，其实实例就是由类创建出来的值，试着把类想象成类型而不是类。

两个语法糖

试着创建一个人类 Person

复制代码 代码如下:
Person = {name="这个人很懒"}

以上代码将Person初始化为一个表，这个表拥有一个为name的键，其默认值是"这个人很懒"。

说成白话就是人类拥有一个叫名字的属性。

那就再赋予人类一个说话的功能吧。

复制代码 代码如下:
Person.talk = function(self, words)
    print(self.name.."说:"..words)
end

以上代码在Person表中加入一个键值对，键为talk，值为一个函数。

好了，只要调用，Person.talk(Person, "你好")，将会打印出：这个人很懒说:你好。

不过在写程序时，大家都习惯把function放在前面，这就是函数的语法糖：

复制代码 代码如下:
function Person.talk(self, words)
    print(self.name.."说:"..words)
end

这与上面的函数定义是等价的，但是这么写你就很难看出来talk其实是Person表中的一个键，其对应的值为一个函数。

当然嘴巴都是长在自己身上的，说话只能自己说，不可能自己张嘴别人说话，所以每次都传个self参数实在是有点不美观，于是冒号语法糖上场。

我们还可以这么定义人类的说话功能：

复制代码 代码如下:
function Person:talk(words)
    print(self.name.."说:"..words)
end

这与上面两段代码都是等价的，它的变化是少了self的参数，将点Person.talk改为了冒号Person:talk。

但是函数体内，却依然可以使用self，在使用:代替.时，函数的参数列表的第一个参数不再是words，Lua会自动将self做为第一个参数。这个self参数代表的意思就是这个函数的实际调用者。

所以我们调用Person:talk("你好")与Person.talk(Person, "你好")是等价的，这就是冒号语法糖带来的便利。

如何查找表中的元素？

下面我们需要理解在Lua的表中是怎么查找一个键所对应的值的。

假设我们要在表p中查找talk这个键所对应的值，请看下面的流程图：
复制代码 代码如下:
p中有没有talk这个键"codetitle">复制代码 代码如下:
--定义元表m
m = {}
--定义元表的__index的元方法
--对任何找不到的键，都会返回"undefined"
m.__index = function ( table, key )
  return "undefined"
end  
 
--表pos
pos = {x=1, y=2}
--初始没有元表，所以没有定义找不到的行为
--因为z不在pos中，所以直接返回nil
print(pos.z) -- nil
--将pos的元表设为m
setmetatable(pos, m)
--这是虽然pos里仍然找不到z，但是因为pos有元表，
--而且元表有__index属性，所以执行其对应的元方法，返回“undefined”
print(pos.z) -- undefined

pos表中本没有z这个键，通过设置pos的元表为m，并设置m的__index对应的方法，这样所有取不到的键都会返回“undefined”了。

以上我们了解到，元表的__index属性实际上是给表配备了找不到键时的行为。

注意：元表的__index属性对应的也可以为一个表。

再举个栗子，希望能够加深对元表和元方法的理解，__add键，考虑以下代码：
复制代码 代码如下:
--创建元表m，其中有__add键和其定义的方法
local m = {
  __add = function(t1, t2)
    local sum = {}
    for key, value in pairs(t1) do
      sum[key] = value
    end
 
    for key, value in pairs(t2) do
      if sum[key] then
        sum[key] = sum[key] + value
      else
        sum[key] = value
      end
    end
    return sum
  end
}
 
--将table1和table2都设置为m
local table1 = setmetatable({10, 11, 12}, m)
local table2 = setmetatable({13, 14, 15}, m)
 
--表本来是不能执行 + 操作的，但是通过元表，我们做到了！
for k, v in pairs(table1 + table2) do
  print(k, v)
end
--print
--1 23
--2 25
--3 27

表本身是不能用+连起来计算的，但是通过定义元表的__add的方法，并setmetatable到希望有此操作的表上去，那些表便能进行加法操作了。

因为元表的__add属性是给表定义了使用+号时的行为。

类的实现手段

好，假设前面的内容你都没有疑问的阅读完毕话，我们开始进入正题。

请先独立思考一会，我们该怎么去实现一个Lua的类？

思考ing…

种种铺垫后，我们的类是一个表，它定义了各种属性和方法。我们的实例也是一个表，然后我们类作为一个元表设置到实例上，并设置类的__index值为自身。

例如人类：
复制代码 代码如下:
--设置Person的__index为自身
Person.__index = Person  
 
--p是一个实例
local p = {}
 
--p的元表设置为Person
setmetatable(p, Person)
 
p.name = "路人甲"
 
--p本来是一个空表，没有talk这个键
--但是p有元表，并且元表的__index属性为一个表Person
--而Person里面有talk这个键，于是便执行了Person的talk函数
--默认参数self是调用者p，p的name属性为“路人甲”
p:talk("我是路人甲")
 
--于是得到输出
--路人甲说:我是路人甲

为了方便，我们给人类一个创建函数create:

复制代码 代码如下:
function Person:create(name)
    local p = {}
    setmetatable(p, Person)
    p.name = name
    return p
end
 
local pa = Person:create("路人甲")
local pb = Person:create("路人乙")
pa:talk("我是路人甲") --路人甲说:我是路人甲
pb:talk("我是路人乙") --路人乙说:我是路人乙

这样我们可以很方便用Person类创建出pa和pb两个实例，这两个实例都具备Person的属性和方法。

以上便是Lua实现一个类的方法，至于类的继承，当成一次练习吧，请大家思考~