中文编程入门(Lua5.4.6中文版)第十二章用《魔兽天下》的概念来解释Lua的元表概念。

发布于:2024-04-20 ⋅ 阅读:(27) ⋅ 点赞:(0)

如果要找一款网游来类比上述关于Lua元表的解释风格,可以考虑《魔兽天下》。尽管《魔兽天下》是一款大型多人在线角色扮演游戏(MMORPG),其核心游戏机制并不直接涉及Lua编程语言或元表概念,但其世界观和游戏内元素与解释中使用的比喻有一定程度的相似之处,可以较为形象地帮助理解:

  1. 魔法与符咒在《魔兽天下》中,角色可以学习和施展各种魔法,这些魔法可以对应到编程中的函数或操作。符咒则可以类比为编程中的特定操作符(如算术符、比较符)或特定功能(如索引、赋值),它们通过元方法(对应游戏中的魔法效果)来改变对象(角色或物品)的行为。

  2. 藏宝图与表:游戏中的藏宝图可以象征编程中的数据结构(如表、数组),其中的宝藏(value)对应数据项,标记(key)对应索引或键。对藏宝图的查询(__index)和更新(__newindex)可以联想为在游戏中寻找特定地点或放置物品的行为。

  3. 大法师与程序员:在《魔兽天下》中,大法师是精通魔法的角色,他们可以创作、施放和控制复杂的法术。这可以类比为程序员在编写程序时定义和使用元表,通过元方法来定制数据结构的行为。大法师的角色相当于指导玩家如何使用魔法系统的NPC,而程序员则是编写和维护游戏逻辑的实际人员。

在《魔兽天下》中,角色可以学习和施展各种魔法,这些魔法可以对应到编程中的函数或操作。符咒则可以类比为编程中的特定操作符(如算术符、比较符)或特定功能(如索引、赋值),它们通过元方法(对应游戏中的魔法效果)来改变对象(角色或物品)的行为。

在《Lua世界》中,我们手握神秘的“表”(Table),用它们来存放各类宝藏(value)并标注其藏身之处(key)。然而,当我们想让两张藏宝图(table)进行奇妙的魔法互动时,却发现原生的“表”并不具备这样的能力。别担心!Lua大法师赋予我们一件神器——“元表”(Metatable),它能赋予普通表非凡之力,改变其行为模式。每种魔力(behavior)都与一个特殊的“符咒”(metatable field)对应,这就是所谓的“元方法”(metamethod)。

**【符咒之术】**

比方说,我们想让两张藏宝图合并,只需在元表中设定“__add”符咒,告诉Lua大法师:“当两张图相加时,启动此符咒中的魔法!”于是乎,当我们在游戏中写下`a + b`这样的指令,Lua大法师就会先查看两张图中是否有一张带有元表且含有“__add”符咒。一旦找到,便会激活符咒内的魔法(通常是函数),完成合并操作。

**【元表操控秘籍】**

掌握元表的关键在于运用以下两本秘籍:

- `setmetatable(table,metatable)`设元(表格,元表):将指定的“metatable元表”赋予“table表格”,为其注入魔法力量。若“metatable元表”本身已受保护(含有“__metatable__元表操作符”键),则此操作将失效。

- `getmetatable(table)`取元:揭示“table表格”的元表真面目,让你知晓它所蕴含的魔法种类。

**【实战演练】**

假设我们有一张普通藏宝图`mytable我的藏宝表`和一本元表魔法书`mymetatable我的元表`:

我的藏宝表 = {}                 -- 普通表 
元表魔法书 = {}                 -- 元表
设元(我的藏宝表,元表魔法书)       -- 把 元表魔法书 设为 我的藏宝表 的元表 
输出(取元(我的藏宝表))          -- 这回返回元表魔法书但名称延用了我的藏宝表,table: 0000000001223ea0 ,table后面的这是元表的地址。

我们还能直接创造一张自带魔法的新图:

元表魔法书 = 设元({},{})         -- 以上代码也可以直接写成一行

若想窥探某张图的元表秘密,只需念出咒语:

输出(取元(元表魔法书))           -- 这回返回元表魔法书,table: 0000000001223ea0 ,table后面的这是元表的地址。

**【元表符咒详解】**

元表中常见的符咒包括:

**算术类符咒**:如`__add (+)__加`, `__mul (*)__乘`, `__sub (-)__减`, `__div (/)__除`, `__unm__负`, `__mod (%)__模`, `__pow__幂`等,对应各类数值运算。

**关系类符咒**:如`__eq__等于`, `__lt (<)__小于`, `__le (<=)__小于等于`,它们影响比较操作。Lua大法师会自动调整`a ~= b`为`not(a == b)`,`a > b`为`b < a`,`a >= b`为`b <= a`(需留意NaN特殊情况)。

表访问符咒:`__index__索引`与`__newindex__新索引`,分别负责查询与更新藏宝图。

__index__索引:当我们寻找图中某个标记(key),但未发现宝藏时,大法师会翻开元表,查找“__index__索引”符咒。如果符咒指向另一张藏宝图,就在那里继续搜寻;若指向的是一个魔法阵(函数),则召唤阵法,传入图与标记,由阵法决定返回何物。

元表魔法书 = 设元({标记1 = "宝藏1"}, {
    __索引 = 函数(元表魔法书, 标记)
      如果 标记 == "标记2" 即
        返回 "宝藏2"
      否则
        返回 虚
      结束
    结束
  })
  
输出(元表魔法书.标记1,元表魔法书.标记2)   --宝藏1 宝藏2

元表魔法书 = 设元({标记1 = "宝藏1"}, { __索引 = { 标记2 = "宝藏2" } })
输出(元表魔法书.标记1,元表魔法书.标记2)     --宝藏1 宝藏2

__newindex__新索引:当我们试图在图中标记处埋下新宝藏时,

大法师会先查验__newindex__新索引符咒。若存在,便触发符咒中的魔法,而非直接埋藏宝藏。

我的藏宝表 = {}
元表魔法书 = 设元({标记1 = "宝藏1"}, { __新索引 = 我的藏宝表 })  
输出(元表魔法书.标记1)                  --宝藏1

元表魔法书.新索引 = "标记2"
输出(元表魔法书.新索引,我的藏宝表.新索引)  -- nil     标记2

元表魔法书.标记1 = "新标记1"
输出(元表魔法书.标记1,我的藏宝表.新标记1)  -- 新标记1     nil

**【扩展符咒】**

利用元表,我们还能赋予表更多奇特魔法,如:

__add__加:两表相加操作。

-- 计算表中最大值,table.maxn在Lua5.2以上版本中已无法使用
-- 自定义计算表中最大值函数 最大值
函数 最大值(t)
    局部 mn = 0
    因为 k, v 属于 匹配(t) 做
        如果 mn < k 即
            mn = k
        结束
    结束
    返回 mn
结束

-- 两表相加操作
我的表格 = 设元({ 1, 2, 3 }, {
  __加 = 函数(我的表格, 新表格)
    因为 i = 1, 最大值(新表格) 做
      表.插入(我的表格, 最大值(我的表格)+1,新表格[i])
    结束
    返回 我的表格
  结束
})

第二张表 = {4,5,6}

我的表格 = 我的表格 + 第二张表
	因为 k,v 属于 序配(我的表格) 做
输出(k,v)
结束

结果如下: 

1       1
2       2
3       3
4       4
5       5
6       6

__call__调用:当表被当作函数调用时触发

-- 计算表中最大值,table.maxn在Lua5.2以上版本中已无法使用
-- 自定义计算表中最大值函数 最大值
函数 最大值(表格)
    局部 最大值 = 0
    因为 k, v 属于 匹配(表格) 做
        如果 最大值 < k 即
        最大值 = k
        结束
    结束
    返回 最大值
结束

-- 定义元方法 __call __调用 函数
元表魔法书 = 设元({10}, {
  __调用 = 函数(元表魔法书, 新藏宝表)
	合计 = 0
	因为 i = 1, 最大值(元表魔法书) 做
		合计 = 合计 + 元表魔法书[i]
	结束
    因为 i = 1, 最大值(新藏宝表) 做
		合计 = 合计 + 新藏宝表[i]
	结束
	返回 合计
  结束
})
我的藏宝表 = {10,20,30}
输出("__调用 函数 : "..元表魔法书(我的藏宝表))  --答案是70,即10(设元时的)+10+20+30(后三个数新表格里的)。

`__tostring__转成字`:定制表转化为字符串时的显示内容。

元表魔法书 = 设元({ 10, 20, 30 }, {
    __转成字 = 函数(元表魔法书)
      合计 = 0
      因为 k, v 属于 匹配(元表魔法书) 做
          合计 = 合计 + v
   结束
      返回 "表所有元素的和为 " .. 合计
    结束
  })
  输出(元表魔法书)  --答案是60,即10+20+30。

掌握了元表这一神奇法宝,你在《Lua世界》中的冒险将如虎添翼。无论你是想要打造拥有独特运算规则的藏宝图,还是想要让表展现出与众不同的面貌,元表都能助你一臂之力,让你的代码如诗如画,充满奇幻色彩。