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• GitHUb上下载Lua编译器
• Lua菜鸟教程中的元表介绍（较全，但功能性受限）
• 博客园内元表的介绍（较详细）
• 简书内元表的介绍（较简洁）

1.引言

\qquadLua语言是用C写的，Lua的元表类似于Python的类，但书写难度远比Python的Class大，加上Lua没有免费的Debugger，这个问题就让人很头疼。在此写一个可以使用多个“方法”的元表（Metatable），代码较短，但容易理解，希望能帮到大家。
\qquad简单理解一个Lua语言的Metatable（元表），Metatable是table的一个拓展，setmetatable是创建一个Metatable的函数，它有两个参数——原table和Metatable的属性、方法列表。我们从这两方面出发创建一个Metatable。不熟悉Luatable操作的读者，建议查看以下的简短的教程链接：
Lua的table简介

2.创建一个元表

vector = {} -- 空属性
a = setmetatable({1,2,3},vector) -- create vector a
b = setmetatable({4,5,6},vector) -- create vector b

\qquad这样我们就创建一个空属性的列表，对他们的操作和table是一样的，现在我们要定义table的属性和方法了（即vector）,创建了属性和方法的Metatable相当于继承了table的一个Lua类，我们先从简单的开始。

2.1.__tostring方法

\qquad__tostring方法是Metatable转换为字符串的方法，print一个Metatable时，就查看Metatable有无此方法，若没有，则会打印出一个table的编号；若有，则会按照此方法进行。
\qquad在此介绍一个简单的方法，先定义一个有函数指针的Lua函数，再将这个函数指针加入vector，即完成了Metatable对__tostring方法的继承。值得注意的是，当作为vector类的方法时，v_print函数的参数vector传递的参数就和python的self一样，传递的是元表本身。

v_print = function(vector)  -- print(v_print)return table.concat(vector,',')end
vector = {v_print}
a = setmetatable({1,2,3},vector) -- create vector a
b = setmetatable({4,5,6},vector) -- create vector b
c = {1,2,3}
print(a)
print(b)
print(c)

运行这个Lua程序，得到的结果如下：

>lua -e "io.stdout:setvbuf 'no'" "EX5.lua" 
1,2,3
4,5,6
table: 00A00920
>Exit code: 0

如果你成功了，那么恭喜你，你已经掌握了一半元表的知识。

2.2.__add和__mul方法

\qquad实际上，元表的操作方法有很多，具体就是用操作符来代替调用函数的方法，我们在此只介绍两个——加法和乘法。按照之前的套路，先定义加法和乘法的函数，与之不同的是，加法和乘法都是双目运算符，因此参数数目是2.

v_print = 	function(vec)  -- print(v_print)return table.concat(vec,',')end
v_add = function(vec,new_vec)  -- vector_a + vector_blocal result = setmetatable({},vector)for i = 1,#new_vec doresult[i] = vec[i]+new_vec[i]endreturn resultend
v_dot =	function(vec,new_vec) --vector_a·vector_b (inner product)local product = 0for i,v in ipairs(vec) doproduct = product + v*new_vec[i]endreturn productend
vector = {__tostring=v_print,__add=v_add,__mul=v_dot}
a = setmetatable({1,2,3},vector) -- create vector a
b = setmetatable({4,5,6},vector) -- create vector b
print(a+b)
print(a*b)

运行结果如下：

>lua -e "io.stdout:setvbuf 'no'" "Test1.lua" 
5,7,9
32
>Exit code: 0

\qquad这里定义的加法，返回的仍然是Metatable类，所以打印出的结果仍然不是table的编号
其余的操作符方法类似，在此不再赘述

模式	描述
__add	a+b
__sub	a-b
__mul	a*b
__div	a/b
__mod	a%b
__unm	-a
__concat	$\text{..}$
_eq	a==b
__lt	a<b
__le	a<=b

2.3.__index方法

\qquad官方文档对于__index方法的解释是，若在元表中未找到对应的key（键值），则调用__index方法查找，文字叙述较为生疏，下面是一个例子：

v_print = 	function(vec)  -- print(v_print)return table.concat(vec,',')end
v_sum = function(vec)  -- sum of a veclocal sum = 0for i,v in ipairs(vec) dosum = sum+vendreturn sumend
v_index = 	function(vec,value)  -- value method of a vecif value == "sum" thenreturn v_sum(vec)endend
vector = {__index = v_index,__tostring = v_print}
a = setmetatable({1,2,3},vector) -- create vec a
print(a)
print(a["sum"])

输出结果如下

>lua -e "io.stdout:setvbuf 'no'" "Test2.lua" 
1,2,3
6
>Exit code: 0

\qquad可以发现，元表a中并没有"sum"这个键，所有程序调用__index方法，成功找到了键"sum"对应的value（这里是一个函数返回的值）。但是值得注意的是，这个方法并不支持多参数的传入，如果需要，请看下文。

2.4.__call方法

\qquad__call方法容许元表像函数用于使用，类似像a(para1,para2)的形式，和前面的方法一样，第一个参数默认传递的是a本身，但在调用的时候省略（与python的方法调用一致）。还是一样，先看一段简短的程序加深理解。

v_call = function(vec,new_vec,value)  -- vec(...)if value == nil thenfor i,v in ipairs(new_vec) dovec[i] = vendreturn vecendif value == "mul" thenreturn v_mul(vec,new_vec)endend
v_print = 	function(vec)  -- print(v_print)return table.concat(vec,',')end
v_mul =	function(vec,new_vec) -- vec_a.*vec_b (dot multiply)local result = setmetatable({},vector)for i,v in ipairs(vec) doresult[i] = v*new_vec[i]endreturn resultend
vector = {__tostring=v_print,__call=v_call}
a = setmetatable({1,2,3},vector) -- create vector a
b = setmetatable({4,5,6},vector) -- create vector b
print(a)
print(b)
print(a(b,"mul"))

输出结果：

>lua -e "io.stdout:setvbuf 'no'" "Test3.lua" 
1,2,3
4,5,6
4,10,18
>Exit code: 0

\qquad我们使用__call方法串入了两个参数，一个是Metatable b，还有一个是方法“mul”，虽然他是字符串，但在v_call中，它表示调用了v_mul方法。

3.完整代码

\qquad在此附上完整的代码及输出结果，方便读者对照理解。

v_add = function(vec,new_vec)  -- vec_a + vec_blocal result = setmetatable({},vec)for i = 1,#new_vec doresult[i] = vec[i]+new_vec[i]endreturn resultend
v_call = function(vec,new_vec,value)  -- vec(...)if value == nil thenfor i,v in ipairs(new_vec) dovec[i] = vendreturn vecendif value == "mul" thenreturn v_mul(vec,new_vec)endend
v_print = 	function(vec)  -- print(v_print)return table.concat(vec,',')end
v_mul =	function(vec,new_vec) -- vec_a.*vec_b (dot multiply)local result = setmetatable({},vector)for i,v in ipairs(vec) doresult[i] = v*new_vec[i]endreturn resultend
v_dot =	function(vec,new_vec) --vec_a·vec_b (inner product)local product = 0for i,v in ipairs(vec) doproduct = product + v*new_vec[i]endreturn productend
v_sum = function(vec)  -- sum of a veclocal sum = 0for i,v in ipairs(vec) dosum = sum+vendreturn sumend
v_index = 	function(vec,value)  -- value method of a vecif value == "sum" thenreturn v_sum(vec)endend
vector = {__add=v_add,__call = v_call,__tostring=v_print,__mul=v_dot,__index=v_index}
a = setmetatable({1,2,3},vector) -- create vec a
b = setmetatable({4,5,6},vector) -- create vec b
print(a)
print(b)
print(table.concat(a+b,","))
print(a*b)
print(a["sum"])
print(a(b,"mul"))

输出结果：

>lua -e "io.stdout:setvbuf 'no'" "EX5.lua" 
1,2,3
4,5,6
5,7,9
32
6
4,10,18
>Exit code: 0

希望本文对您有帮助，感谢您的阅读。