Lua語言：使用元表實現面向物件
前言
關於面向物件，從以前的火熱到現在逐漸冷卻，甚至網上還有很多人批評面向物件有問題。其實對面向物件應該理性的看待，它有不適用的場景，也有很多發揮作用的地方，比如像UI框架，遊戲框架，這些領域都可以用物件來建模。我們所要做的，就是根據不同的應用場景選擇合適的程式設計正規化。
Lua本身並不支援面向物件，但透過表和元表可以模擬實現差不多的效果，這一篇將實現一個可用的面向物件模組。網上也有很多類似的實現，可相互參考。
Lua的模組化
lua可以使用table來表示模組，我們在lua檔案中編寫一些函式，然後把這些函式儲存到一個表中，最後返回這個表，這就可以認為是一個模組：
local
M
=
{}
function
M
。
（）
（
“test”
）
end
return
M
要使用模組，需要用到require函式，用法很簡單：
local
M
=
require
（
“test2”
）
M。print
（）
lua的標準庫大多數用表把功能歸類起來，像io， string， table等等。但我們並不需要require就可以直接使用，這是因為虛擬機器在載入的時候，就把這些標準庫都加進來了。require使用的時候是很簡單的，但它背後做了很多事情，深入理解它背後的機制，能讓我們更好的理解lua模組的載入過程：
首先require檢查package。loaded表，看看模組是否已經載入，如果載入就直接返回模組，這就避免require時一直重複載入。如果我們想強制重新載入模組應該怎麼做呢？只要把package。loaded的該模組設為nil即可，看下面程式碼：
package。loaded
［
“test2”
］
=
nil
local
M
=
require
（
“test2”
）
如果在package。loaded找不到模組，那麼將透過package。searchers來查詢，package。searchers是由查詢函式組成的列表，這意味著你可以增加查詢函式來修改預設的行為。而查詢函式返回的是一個loader，呼叫loader才能得到最終的模組。
package。searchers預設由4個查詢函式組成。第一個嘗試查詢package。preload［modname］，看是否存在loader函式。
第二個透過package。path檢查是否存在對應的lua檔案，如果存在就呼叫loadfile載入lua檔案，載入的結果就是一個loader。所以，我們可以將lua檔案看成一個函式，檔案中的返回語句就是這個函式的返回值，從這裡也瞭解到，返回的不一定是表，也可以是函式，或是其他任意型別的物件。
第三個查詢package。cpath看是否存在對應名字的C庫，如果找到C庫，就呼叫package。loadlib載入之，然後查詢C庫中的luaopen_modname函式（modname就是我們指定的模組名），此時luaopen_modname就是loader，呼叫它得到最終的結果。
第四個查詢函式是為了處理“子模組”的情況，比如我們這樣寫：require（“a。b。c”），第2，3個查詢函式會轉換成：a/b/c，這樣。就變成路徑分隔符；第4個查詢函式不是這樣處理：它先取出a，然後透過package。cpath找到a的動態庫（如a。so， a。dll），然後載入這個動態庫，再去找luaopen_a_b_c這個函式，找到後呼叫得到返回物件。這個特性允許我們將多個模組寫在一個動態庫中，以減少動態庫的數量。
透過上面的查詢函式找到loader後，呼叫loader返回物件，將這個物件儲存到package。loaded［modname］中，下次再require直接從package。loaded［modname］返回就行了。如果loader返回的是nil，package。loaded［modname］會設定為以true，防止一直重複載入。
如果找不到loader，就會引發一個錯誤。
面向物件的實現
在前面的章節我們介紹了元表和元方法，其中__inddex函式在取不到表的key時觸發，我們利用這個特性來實現lua的面向物件機制，首先了解幾個重要的概念：
類
：這是物件的元表，在訪問不到物件的欄位時，會觸發類的
index，而
index可以設為類自己，這樣就變成訪問類的欄位。通常我們把物件的功能函式放在類中，讓該類的所有物件都共享一套函式。
類的元表
：這個表是為了實現繼承，類也找不到欄位時，會觸發類的元表的__index，這裡會取出父類並繼續訪問，如此迴圈，一直到父類為空為止。
物件
：這就是一個普通的table，把它的元表設為指定的類，那麼它就被稱為該類的物件。
具體實現的程式碼很少，先來看看：
—— rtl。lua
local
rtl
=
{}
local
ksuper
=
{}
—— 作為查詢父類的key
—— 定義一個類， super是父類，為nil表示沒有父類
function
rtl
。
class
（
super
）
local
klass
=
{}
—— 這就是代表類的table
klass
［
ksuper
］
=
super
—— 把父類table儲存起來
klass。__index
=
klass
—— __index設為自己
local
_class_metatable
=
rtl。_class_metatable
—— 這是類的元表，所有類都設定同一個元表
if
not
_class_metatable
then
_class_metatable
=
{
__index
=
function
（
t
，
k
）
—— 取得類的父類
local
super
=
rawget
（
t
，
ksuper
）
if
super
then
—— 然後繼續訪問k，如果找不到還會觸發這個__index，一直往上追溯
return
super
［
k
］
else
return
nil
end
end
，
__call
=
function
（
cls
，
。。。）
—— 建立類的物件，cls就是類
local
obj
=
{}
—— 將cls設為obj的元表，找不到obj的欄位時，就會觸發klass。__index
—— 而__index指向kclass自己，所以相當於在kclass上訪問欄位。
setmetatable
（
obj
，
cls
）
—— 約定_init為類的建構函式，所以這裡會呼叫建構函式
local
_init
=
cls。_init
if
_init
then
_init
（
obj
，
。。。）
end
—— 最後返回這個物件
return
obj
end
}
rtl。_class_metatable
=
_class_metatable
end
—— 設定類的元表
setmetatable
（
klass
，
_class_metatable
）
—— 最後返回類
return
klass
end
return
rtl
我們把這份程式碼寫在rtl。lua中，接下來看看怎麼使用它
先來實現一個類：
—— animal。lua
local
rtl
=
require
（
“rtl”
）
local
Animal
=
rtl。class
（）
function
Animal
。
say
（
self
）
error
（
“I don‘t known who i am ”
）
end
return
Animal
我們有了一個Animal類，接著實現兩個子類：
—— test。lua
local
rtl
=
require
（
“rtl”
）
local
Animal
=
require
（
“animal”
）
local
Cat
=
rtl。class
（
Animal
）
—— 建構函式
function
Cat
。
_init
（
self
，
name
）
self。name
=
name
end
—— 覆蓋父類的方法
function
Cat
。
say
（
self
）
（
string。format
（
“I am a cat， my name is %s”
，
self。name
））
end
local
Dog
=
rtl。class
（
Animal
）
現在可以使用這些類來建立物件了：
—— 建立一個Cat物件，並呼叫say，注意呼叫時用：，讓cat物件作為第1個引數傳入函式
local
cat
=
Cat
（
“tom”
）
cat
：
say
（）
——> I am a cat， my name is tom
—— 建立一個Dog物件，呼叫say，因為Dog並沒有實現say函式，因此呼叫到Animal的say函式。最終丟擲一個錯誤
local
dog
=
Dog
（）
dog
：
say
（）
——> 。\animal。lua：6： I don’t known who i am
從例子看是不是和其他語言類似呢，不過這套程式碼僅實現了單繼承，並不支援多重繼承，其實像Java和C#也僅支援單繼承。前文說過，我們會謹慎的使用面向物件，僅用它來實現最上層的框架設計。所以從這點看，我認為完全足夠了。