Question

在 Lua 5.1 语言中，元表 (metatable) 的表现行为类似于 C++ 语言中的操作符重载，例如我们可以重载 "__add" 元方法 (metamethod)，来计算两个 Lua 数组的并集；或者重载 "__index" 方法，来定义我们自己的 Hash 函数。Lua 提供了两个十分重要的用来处理元表的方法，如下：

• setmetatable(table, metatable)：此方法用于为一个表设置元表。
• getmetatable(table)：此方法用于获取表的元表对象。

设置元表的方法很简单，如下：

local mytable = {}
local mymetatable = {}
setmetatable(mytable, mymetatable)

上面的代码可以简写成如下的一行代码：

local mytable = setmetatable({}, {})

修改表的操作符行为

通过重载 "__add" 元方法来计算集合的并集实例：

local set1 = {10, 20, 30}   -- 集合
local set2 = {20, 40, 50}   -- 集合

-- 将用于重载__add的函数，注意第一个参数是self
local union = function (self, another)
    local set = {}
    local result = {}

    -- 利用数组来确保集合的互异性
    for i, j in pairs(self) do set[j] = true end
    for i, j in pairs(another) do set[j] = true end

    -- 加入结果集合
    for i, j in pairs(set) do table.insert(result, i) end
    return result
end
setmetatable(set1, {__add = union}) -- 重载 set1 表的 __add 元方法

local set3 = set1 + set2
for _, j in pairs(set3) do
    io.write(j.." ")               -->output：30 50 20 40 10
end

除了加法可以被重载之外，Lua 提供的所有操作符都可以被重载：

元方法	含义
"__add"	+ 操作
"__sub"	- 操作 其行为类似于 "add" 操作
"__mul"	* 操作 其行为类似于 "add" 操作
"__div"	/ 操作 其行为类似于 "add" 操作
"__mod"	% 操作 其行为类似于 "add" 操作
"__pow"	^ （幂）操作 其行为类似于 "add" 操作
"__unm"	一元 - 操作
"__concat"	.. （字符串连接）操作
"__len"	# 操作
"__eq"	== 操作 函数 getcomphandler 定义了 Lua 怎样选择一个处理器来作比较操作 仅在两个对象类型相同且有对应操作相同的元方法时才起效
"__lt"	< 操作
"__le"	<= 操作

除了操作符之外，如下元方法也可以被重载，下面会依次解释使用方法：

元方法	含义
"__index"	取下标操作用于访问 table[key]
"__newindex"	赋值给指定下标 table[key] = value
"__tostring"	转换成字符串
"__call"	当 Lua 调用一个值时调用
"__mode"	用于弱表(week table)
"__metatable"	用于保护metatable不被访问

__index 元方法

下面的例子中，我们实现了在表中查找键不存在时转而在元表中查找该键的功能：

mytable = setmetatable({key1 = "value1"},   --原始表
  {__index = function(self, key)            --重载函数
    if key == "key2" then
      return "metatablevalue"
    end
  end
})

print(mytable.key1,mytable.key2)  --> output：value1 metatablevalue

关于 __index 元方法，有很多比较高阶的技巧，例如：__index 的元方法不需要非是一个函数，他也可以是一个表。

t = setmetatable({[1] = "hello"}, {__index = {[2] = "world"}})
print(t[1], t[2])   -->hello world

第一句代码有点绕，解释一下：先是把 {__index = {}} 作为元表，但 __index 接受一个表，而不是函数，这个表中包含 [2] = "world" 这个键值对。 所以当 t[2] 去在自身的表中找不到时，在 __index 的表中去寻找，然后找到了 [2] = "world" 这个键值对。

__index 元方法还可以实现给表中每一个值赋上默认值；和 __newindex 元方法联合监控对表的读取、修改等比较高阶的功能，待读者自己去开发吧。

__tostring 元方法

与 Java 中的 toString() 函数类似，可以实现自定义的字符串转换。

arr = {1, 2, 3, 4}
arr = setmetatable(arr, {__tostring = function (self)
    local result = '{'
    local sep = ''
    for _, i in pairs(self) do
        result = result ..sep .. i
        sep = ', '
    end
    result = result .. '}'
    return result
end})
print(arr)  --> {1, 2, 3, 4}

__call 元方法

__call 元方法的功能类似于 C++ 中的仿函数，使得普通的表也可以被调用。

functor = {}
function func1(self, arg)
  print ("called from", arg)
end

setmetatable(functor, {__call = func1})

functor("functor")  --> called from functor
print(functor)      --> output：0x00076fc8 （后面这串数字可能不一样）

__metatable 元方法

假如我们想保护我们的对象使其使用者既看不到也不能修改 metatables。我们可以对 metatable 设置了 __metatable 的值，getmetatable 将返回这个域的值，而调用 setmetatable 将会出错：

Object = setmetatable({}, {__metatable = "You cannot access here"})

print(getmetatable(Object)) --> You cannot access here
setmetatable(Object, {})    --> 引发编译器报错