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Lua中的面向对象编程

时间:2016-03-29 16:20来源:电脑教程学习网 www.etwiki.cn 编辑:admin

简单说说Lua中的面向对象

Lua中的table就是一种对象,看以下一段简单的代码:
local tb1 = {a = 1, b = 2}
local tb2 = {a = 1, b = 2}
local tb3 = tb1

if tb1 == tb2 then
print("tb1 == tb2")
else
print("tb1 ~= tb2")
end

tb3.a = 3
print(tb1.a)

上述代码会输出tb1 ~= tb2。说明两个具有相同值得对象是两个不同的对象,同时在Lua中table是引用类型的。我在《Lua中的模块与包》中也总结了,我们是基于table来实现的模块,在table中可以定义函数,也就是说,每个table对象都可以拥有其自己的操作。看一段代码:
Account = {balance = 0}
function Account.withDraw(v)
Account.balance = Account.balance - v
end

Account.withDraw(10) -- 调用函数
print(Account.balance)

上面的代码创建了一个新函数,并将该函数存入Account对象的withDraw字段中,然后我们就可以调用该函数了。不过,在函数中使用全局名称Account是一个不好的编程习惯,因为这个函数只能针对特定对象工作,并且,这个特定对象还必须存储在特定的全局变量中。如果改变了对象的名称,withDraw就再也不能工作了。例如以下代码:
a = Account
Account = nil
a.withDraw(100)

这样就会出现错误。我在这里使用Account创建了一个新的对象a,当将Account赋值为nil时,应该要对a对象不产生任何影响。但是,由于在函数withDraw内部使用了Account,而不是变量a,所以就出现了错误。如果我们将withDraw函数内部的Account.balance = Account.balance – v语句修改为:a.balance = a.balance – v,这样就不会出现错误了。这就表明,当我们需要对一个函数进行操作时,需要指定实际的操作对象,即这里的a,这就需要一个额外的参数来表示该操作者,就好比C++中的this一样,只不过这里将这个关键字换成了self,换完以后的代码如下:
Account = {balance = 0}
function Account.withDraw(self, v)
self.balance = self.balance - v
end

a = Account
Account = nil
a.withDraw(a, 100)
print(a.balance)

这样再调用,就不会出现错误了。

使用self参数是所有面向对象语言的一个核心。大多数面向对象语言都对程序员隐藏了self参数,从而使得程序员不必显示地声明这个参数。Lua也可以,当我们在定义函数时,使用了冒号,则能隐藏该参数,那么上述代码使用冒号来改下,就是下面这个样子了。
Account = {balance = 0}
function Account:withDraw(v) -- 注意这里的冒号":"
self.balance = self.balance - v
end

a = Account
Account = nil
a:withDraw(100) -- 注意这里的调用时,也需要冒号":"
print(a.balance)

冒号的作用很简单,就是在方法定义中添加一个额外的隐藏参数,以及在一个方法调用中添加一个额外的实参。冒号只是一种语法便利,并没有引入任何新的东西;如果你愿意,你可以可以不使用self,而是在每次定义一个函数时,手动的加上self,只要你处理好了self,它们都是一样的。

这里乱乱的讲了一些Lua中的东西,主要还是说了table是一个不一样的东西,还有self。接下来,就正式进入面向对象的世界。不要忘了,上面总结的东西是非常有用的。

类是什么?一个类就是一个创建对象的模具。例如C++中,每个对象都是某个特定类的实例。在C++中,如果一个类没有进行实例化,那这个类中对应的操作,基本就是一堆“没有用”的代码;而Lua则不一样,即使你不实例化一个“类”,你照样也可以使用“类”名直接调用它的方法(对于C++,请忽视静态的方法);这说明Lua中的“类”的概念与C++这种高级语言中类的概念还是有差别的。在Lua中则没有类的概念,而我们都是通过Lua现有的支持,去模拟类的概念。在Lua中,要表示一个类,只需创建一个专用作其他对象的原型(prototype)。原型也是一种常规的对象,也就是说我们可以直接通过原型去调用对应的方法。当其它对象(类的实例)遇到一个未知操作时,原型会先查找它。

在Lua中实现原型是非常简单的,比如有两个对象a和b,要让b作为a的原型,只需要以下代码就可以完成:
setmetatable(a, {__index = b}) -- 又是元表,不会的请看前几篇关于元表的文章

设置了这段代码以后,a就会在b中查找所有它没有的操作。若将b称为是对象a的“类”,就仅仅是术语上的变化。现在我就从最简单的开始,要创建一个实例对象,必须要有一个原型,就是所谓的“类”,看以下代码:
local Account = {} -- 一个原型

好了,现在有了原型,那如何使用这个原型创建一个“实例”呢?接着看以下代码:
function Account:new(o) -- 这里是冒号哦
o = o or {} -- 如果用户没有提供table,则创建一个
setmetatable(o, self)
self.__index = self
return o
end

当调用Account:new时,self就相当于Account。接着,我们就可以调用Account:new来创建一个实例了。再看:
local a = Account:new{value = 100} -- 这里使用原型Account创建了一个对象a
a:display()

上面这段代码是如何工作的呢?首先使用Account:new创建了一个新的实例对象,并将Account作为新的实例对象a的元表。再当我们调用a:display函数时,就相当于a.display(a),冒号就只是一个“语法糖”,只是一种方便的写法。我们创建了一个实例对象a,当调用display时,就会查找a中是否有display字段,没有的话,就去搜索它的元表,所以,最终的调用情况如下:
getmetatable(a).__index(display(a))

a的元表是Account,Account的__index也是Account。因此,上面的调用也可以使这样的:
Account.display(a)

所以,其实我们可以看到的是,实例对象a表中并没有display方法,而是继承自Account方法的,但是传入display方法中的self确是a。这样就可以让Account(这个“类”)定义操作。除了方法,a还能从Account继承所有的字段。

继承不仅可以用于方法,还可以作用于字段。因此,一个类不仅可以提供方法,还可以为实例中的字段提供默认值。看以下代码:
local Account = {value = 0}
function Account:new(o) -- 这里是冒号哦
o = o or {} -- 如果用户没有提供table,则创建一个
setmetatable(o, self)
self.__index = self
return o
end

function Account:display()
self.value = self.value + 100
print(self.value)
end

local a = Account:new{} -- 这里使用原型Account创建了一个对象a
a:display() --(1)
a:display() --(2)

在Account表中有一个value字段,默认值为0;当我创建了实例对象a时,并没有提供value字段,在display函数中,由于a中没有value字段,就会查找元表Account,最终得到了Account中value的值,等号右边的self.value的值就来源自Account中的value。调用a:display()时,其实就调用以下代码:
a.display(a)

在display的定义中,就会变成这样子:
a.value = getmetatable(a).__index(value) + 100

第一次调用display时,等号左侧的self.value就是a.value,就相当于在a中添加了一个新的字段value;当第二次调用display函数时,由于a中已经有了value字段,所以就不会去Account中寻找value字段了。

继承

由于类也是对象(准确地说是一个原型),它们也可以从其它类(原型)获得(继承)方法。这种行为就是继承,可以很容易的在Lua中实现。现在我们有一个类(原型,其实在Lua中说类这个概念,还是很别扭的,毕竟用C++的脑袋去想,还是觉的有点奇怪的。)CA:
local CA = {value = 0}

function CA:new(o)
o = o or {}
setmetatable(o, self)
self.__index = self
return o
end

function CA:display()
print(self.value)
end

function CA:addValue(v)
self.value = self.value + v
end

现在需要从这个CA类派生出一个子类CLittleA,则需要创建一个空的类,从基类继承所有的操作:
local CLittleA = CA:new()

现在,我创建了一个CA类的一个实例对象,在Lua中,现在CLittleA既是CA类的一个实例对象,也是一个原型,就是所谓的类,就相当于CLittleA类继承自CA类。再如下面的代码:
local s = CLittleA:new{value1 = 10}

CLittleA从CA继承了new;不过,在执行CLittleA:new时,它的self参数表示为CLittleA,所以s的元表为CLittleA,CLittleA中字段__index的值也是CLittleA。然后,我们就会看到,s继承自CLittleA,而CLittleA又继承自CA。当执行s:display时,Lua在s中找不到display字段,就会查找CLittleA;如果仍然找不到display字段,就查找CA,最终会在CA中找到display字段。可以这样想一下,如果在CLittleA中存在了display字段,那么就不会去CA中再找了。所以,我们就可以在CLittleA中重定义display字段,从而实现特殊版本的display函数。

多重继承

Lua中的面向对象编程
 

说到多重继承,我在写C++代码的时候也用的很少,一般都是使用组合的方式解决的,对于“组合”这个概念不明白的朋友,可以阅读我的设计模式系列的文章。既然说到了Lua中的多重继承,那也总结一下,顺便开拓一下视野和知识面。

实现单继承时,依靠的是为子类设置metatable,设置其metatable为父类,并将父类的__index设置为其本身的技术实现的。而多继承也是一样的道理,在单继承中,如果子类中没有对应的字段,则只需要在一个父类中寻找这个不存在的字段;而在多重继承中,如果子类没有对应的字段,则需要在多个父类中寻找这个不存在的字段。

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