前言
元表對應(yīng)的英文是metatable，元方法是metamethod。我們都知道，在C++中，兩個類是無法直接相加的，但是，如果你重載了“+”符號，就可以進(jìn)行類的加法運(yùn)算。在Lua中也有這個道理，兩個table類型的變量，你是無法直接進(jìn)行“+”操作的，如果你定義了一個指定的函數(shù)，就可以進(jìn)行了。那這篇博文就是主要講的如何定義這個指定的函數(shù)，這個指定的函數(shù)是什么？希望對學(xué)習(xí)Lua的朋友有幫助。
Lua是怎么做的
通常，Lua中的每個值都有一套預(yù)定義的操作集合，比如數(shù)字是可以相加的，字符串是可以連接的，但是對于兩個table類型，則不能直接進(jìn)行“+”操作。這需要我們進(jìn)行一些操作。在Lua中有一個元表，也就是上面說的metatable，我們可以通過元表來修改一個值得行為，使其在面對一個非預(yù)定義的操作時執(zhí)行一個指定的操作。比如，現(xiàn)在有兩個table類型的變量a和b，我們可以通過metatable定義如何計(jì)算表達(dá)式a+b，具體的在Lua中是按照以下步驟進(jìn)行的：
先判斷a和b兩者之一是否有元表；
檢查該元表中是否有一個叫__add的字段；
如果找到了該字段，就調(diào)用該字段對應(yīng)的值，這個值對應(yīng)的是一個metamethod；
調(diào)用__add對應(yīng)的metamethod計(jì)算a和b的值。
上述四個步驟就是計(jì)算table類型變量a+b的過程。在Lua中，每個值都有一個元表，table和userdata類型的每個變量都可以有各自獨(dú)立的元表，而其他類型的值則共享其類型所屬的單一元表。
告別metatable小白
現(xiàn)在就說說最基本的metatable內(nèi)容。Lua在創(chuàng)建新的table時不會創(chuàng)建元表，比如以下代碼就可以演示：
我們是使用getmetatable來獲取一個table或userdata類型變量的元表，當(dāng)創(chuàng)建新的table變量時，使用getmetatable去獲得元表，將返回nil；同理，我們也可以使用setmetatable去設(shè)置一個table或userdata類型變量的元表，例如以下代碼：
任何table都可以作為任何值得元表，而一組相關(guān)的table有可以共享一個通用的元表，此元表描述了它們共同的行為。一個table甚至可以作為它自己的元表，用于描述其特有的行為。總之，任何搭配形式都是合法的。
在Lua代碼中，只能設(shè)置table的元表。若要設(shè)置其它類型的值得元表，則必須通過C代碼來完成。還存在一個特例，對于字符串，標(biāo)準(zhǔn)的字符串程序庫為所有的字符串都設(shè)置了一個元表，而其它類型在默認(rèn)情況下都沒有元表。查看兩句代碼的打印值，就可以看出來：
在table中，我可以重新定義的元方法有以下幾個：
接下來就介紹介紹如果去重新定義這些方法。
算術(shù)類的元方法
現(xiàn)在我使用完整的實(shí)例代碼來詳細(xì)的說明算術(shù)類元方法的使用。我準(zhǔn)備定義一些對集合的操作方法，所有的方法都放入Set這個table中，下面的代碼是我模擬的一個集合的操作：
現(xiàn)在，我定義“+”來計(jì)算兩個集合的并集，那么就需要讓所有用于表示集合的table共享一個元表，并且在該元表中定義如何執(zhí)行一個加法操作。首先創(chuàng)建一個常規(guī)的table，準(zhǔn)備用作集合的元表，然后修改Set.new函數(shù)，在每次創(chuàng)建集合的時候，都為新的集合設(shè)置一個元表。代碼如下：
在此之后，所有由Set.new創(chuàng)建的集合都具有一個相同的元表，例如：
最后，我們需要把元方法加入元表中，代碼如下：
這以后，只要我們使用“+”符號求兩個集合的并集，它就會自動的調(diào)用Set.union函數(shù)，并將兩個操作數(shù)作為參數(shù)傳入。比如以下代碼：
在上面列舉的那些可以重定義的元方法都可以使用上面的方法進(jìn)行重定義。現(xiàn)在就出現(xiàn)了一個新的問題，set1和set2都有元表，那我們要用誰的元表啊？雖然我們這里的示例代碼使用的都是一個元表，但是實(shí)際coding中，會遇到我這里說的問題，對于這種問題，Lua是按照以下步驟進(jìn)行解決的：
對于二元操作符，如果第一個操作數(shù)有元表，并且元表中有所需要的字段定義，比如我們這里的__add元方法定義，那么Lua就以這個字段為元方法，而與第二個值無關(guān)；
對于二元操作符，如果第一個操作數(shù)有元表，但是元表中沒有所需要的字段定義，比如我們這里的__add元方法定義，那么Lua就去查找第二個操作數(shù)的元表；
如果兩個操作數(shù)都沒有元表，或者都沒有對應(yīng)的元方法定義，Lua就引發(fā)一個錯誤。
以上就是Lua處理這個問題的規(guī)則，那么我們在實(shí)際編程中該如何做呢？比如set3 = set1 + 8這樣的代碼，就會打印出以下的錯誤提示：
但是，我們在實(shí)際編碼中，可以按照以下方法，彈出我們定義的錯誤消息，代碼如下：
當(dāng)兩個操作數(shù)的元表不是同一個元表時，就表示二者進(jìn)行并集操作時就會出現(xiàn)問題，那么我們就可以打印出我們需要的錯誤消息。
上面總結(jié)了算術(shù)類的元方法的定義，關(guān)系類的元方法和算術(shù)類的元方法的定義是類似的，這里不做累述。
__tostring元方法
寫過Java或者C#的人都知道，Object類中都有一個tostring的方法，程序員可以重寫該方法，以實(shí)現(xiàn)自己的需求。在Lua中，也是這樣的，當(dāng)我們直接print(a)（a是一個table）時，是不可以的。那怎么辦，這個時候，我們就需要自己重新定義__tostring元方法，讓print可以格式化打印出table類型的數(shù)據(jù)。
函數(shù)print總是調(diào)用tostring來進(jìn)行格式化輸出，當(dāng)格式化任意值時，tostring會檢查該值是否有一個__tostring的元方法，如果有這個元方法，tostring就用該值作為參數(shù)來調(diào)用這個元方法，剩下實(shí)際的格式化操作就由__tostring元方法引用的函數(shù)去完成，該函數(shù)最終返回一個格式化完成的字符串。例如以下代碼：
如何保護(hù)我們的“奶酪”——元表
我們會發(fā)現(xiàn)，使用getmetatable就可以很輕易的得到元表，使用setmetatable就可以很容易的修改元表，那這樣做的風(fēng)險是不是太大了，那么如何保護(hù)我們的元表不被篡改呢？
在Lua中，函數(shù)setmetatable和getmetatable函數(shù)會用到元表中的一個字段，用于保護(hù)元表，該字段是__metatable。當(dāng)我們想要保護(hù)集合的元表，是用戶既不能看也不能修改集合的元表，那么就需要使用__metatable字段了；當(dāng)設(shè)置了該字段時，getmetatable就會返回這個字段的值，而setmetatable則會引發(fā)一個錯誤；如以下演示代碼：
上述代碼就會打印以下內(nèi)容：
__index元方法
是否還記得當(dāng)我們訪問一個table中不存在的字段時，會返回什么值？默認(rèn)情況下，當(dāng)我們訪問一個table中不存在的字段時，得到的結(jié)果是nil。但是這種狀況很容易被改變；Lua是按照以下的步驟決定是返回nil還是其它值得：
當(dāng)訪問一個table的字段時，如果table有這個字段，則直接返回對應(yīng)的值；
當(dāng)table沒有這個字段，則會促使解釋器去查找一個叫__index的元方法，接下來就就會調(diào)用對應(yīng)的元方法，返回元方法返回的值；
如果沒有這個元方法，那么就返回nil結(jié)果。
下面通過一個實(shí)際的例子來說明__index的使用。假設(shè)要創(chuàng)建一些描述窗口，每個table中都必須描述一些窗口參數(shù)，例如顏色，位置和大小等，這些參數(shù)都是有默認(rèn)值得，因此，我們在創(chuàng)建窗口對象時可以指定那些不同于默認(rèn)值得參數(shù)。
根據(jù)上面代碼的輸出，結(jié)合上面說的那三步，我們再來看看，print(win.x)時，由于win變量本身就擁有x字段，所以就直接打印了其自身擁有的字段的值；print(win.width)，由于win變量本身沒有width字段，那么就去查找是否擁有元表，元表中是否有__index對應(yīng)的元方法，由于存在__index元方法，返回了default表中的width字段的值，print(win.color.r)也是同樣的道理。
在實(shí)際編程中，__index元方法不必一定是一個函數(shù)，它還可以是一個table。當(dāng)它是一個函數(shù)時，Lua以table和不存在key作為參數(shù)來調(diào)用該函數(shù)，這就和上面的代碼一樣；當(dāng)它是一個table時，Lua就以相同的方式來重新訪問這個table，所以上面的代碼也可以是這樣的：
__newindex元方法
__newindex元方法與__index類似，__newindex用于更新table中的數(shù)據(jù)，而__index用于查詢table中的數(shù)據(jù)。當(dāng)對一個table中不存在的索引賦值時，在Lua中是按照以下步驟進(jìn)行的：
Lua解釋器先判斷這個table是否有元表；
如果有了元表，就查找元表中是否有__newindex元方法；如果沒有元表，就直接添加這個索引，然后對應(yīng)的賦值；
如果有這個__newindex元方法，Lua解釋器就執(zhí)行它，而不是執(zhí)行賦值；
如果這個__newindex對應(yīng)的不是一個函數(shù)，而是一個table時，Lua解釋器就在這個table中執(zhí)行賦值，而不是對原來的table。
那么這里就出現(xiàn)了一個問題，看以下代碼：
發(fā)現(xiàn)什么問題了么？是不是循環(huán)了，在Lua解釋器中，對這個問題，就會彈出錯誤消息，錯誤消息如下：
丟掉那該死的元表
有的時候，我們就不想從__index對應(yīng)的元方法中查詢值，我們也不想更新table時，也不想執(zhí)行__newindex對應(yīng)的方法，或者_(dá)_newindex對應(yīng)的table。那怎么辦？在Lua中，當(dāng)我們查詢table中的值，或者更新table中的值時，不想理那該死的元表，我們可以使用rawget函數(shù)，調(diào)用rawget(tb, i)就是對table tb進(jìn)行了一次“原始的（raw）”訪問，也就是一次不考慮元表的簡單訪問；你可能會想，一次原始的訪問，沒有訪問__index對應(yīng)的元方法，可能有性能的提升，其實(shí)一次原始訪問并不會加速代碼執(zhí)行的速度。對于__newindex元方法，可以調(diào)用rawset(t, k, v)函數(shù)，它可以不涉及任何元方法而直接設(shè)置table t中與key k相關(guān)聯(lián)的value v。
