Lua 面向对象

面向对象编程（Object Oriented Programming，OOP）是一种非常流行的计算机编程架构。

以下几种编程语言都支持面向对象编程：

  • C++
  • Java
  • Objective-C
  • Smalltalk
  • C#
  • Ruby

面向对象特征

  • 1） 封装：指能够把一个实体的信息、功能、响应都装入一个单独的对象中的特性。
  • 2） 继承：继承的方法允许在不改动原程序的基础上对其进行扩充，这样使得原功能得以保存，而新功能也得以扩展。这有利于减少重复编码，提高软件的开发效率。
  • 3） 多态：同一操作作用于不同的对象，可以有不同的解释，产生不同的执行结果。在运行时，可以通过指向基类的指针，来调用实现派生类中的方法。
  • 4）抽象：抽象(Abstraction)是简化复杂的现实问题的途径，它可以为具体问题找到最恰当的类定义，并且可以在最恰当的继承级别解释问题。

Lua 中面向对象

我们知道，对象由属性和方法组成。LUA中最基本的结构是table，所以需要用table来描述对象的属性。

lua 中的 function 可以用来表示方法。那么LUA中的类可以通过 table + function 模拟出来。

至于继承，可以通过 metetable 模拟出来（不推荐用，只模拟最基本的对象大部分时间够用了）。

Lua 中的表不仅在某种意义上是一种对象。像对象一样，表也有状态（成员变量）；也有与对象的值独立的本性，特别是拥有两个不同值的对象（table）代表两个不同的对象；一个对象在不同的时候也可以有不同的值，但他始终是一个对象；与对象类似，表的生命周期与其由什么创建、在哪创建没有关系。对象有他们的成员函数，表也有：

  1. Account = {balance = 0}
  2. function Account.withdraw (v)
  3.     Account.balance = Account.balance - v
  4. end

这个定义创建了一个新的函数，并且保存在Account对象的withdraw域内，下面我们可以这样调用：

  1. Account.withdraw(100.00)

一个简单实例

以下简单的类包含了三个属性： area, length 和 breadth，printArea方法用于打印计算结果：

  1. -- 元类
  2. Rectangle = {area = 0, length = 0, breadth = 0}
  4. -- 派生类的方法 new
  5. function Rectangle:new (o,length,breadth)
  6.   o = o or {}
  7.   setmetatable(o, self)
  8.   self.__index = self
  9.   self.length = length or 0
  10.   self.breadth = breadth or 0
  11.   self.area = length*breadth;
  12.   return o
  13. end
  15. -- 派生类的方法 printArea
  16. function Rectangle:printArea ()
  17.   print("矩形面积为 ",self.area)
  18. end

创建对象

创建对象是为类的实例分配内存的过程。每个类都有属于自己的内存并共享公共数据。

  1. r = Rectangle:new(nil,10,20)

访问属性

我们可以使用点号(.)来访问类的属性：

  1. print(r.length)

访问成员函数

我们可以使用冒号 : 来访问类的成员函数：

  1. r:printArea()

内存在对象初始化时分配。

完整实例

以下我们演示了 Lua 面向对象的完整实例：

  1. -- 元类
  2. Shape = {area = 0}
  4. -- 基础类方法 new
  5. function Shape:new (o,side)
  6.   o = o or {}
  7.   setmetatable(o, self)
  8.   self.__index = self
  9.   side = side or 0
  10.   self.area = side*side;
  11.   return o
  12. end
  14. -- 基础类方法 printArea
  15. function Shape:printArea ()
  16.   print("面积为 ",self.area)
  17. end
  19. -- 创建对象
  20. myshape = Shape:new(nil,10)
  22. myshape:printArea()

执行以上程序，输出结果为：

  1. 面积为     100

Lua 继承

继承是指一个对象直接使用另一对象的属性和方法。可用于扩展基础类的属性和方法。

以下演示了一个简单的继承实例：

  1. -- Meta class
  2. Shape = {area = 0}
  3. -- 基础类方法 new
  4. function Shape:new (o,side)
  5.   o = o or {}
  6.   setmetatable(o, self)
  7.   self.__index = self
  8.   side = side or 0
  9.   self.area = side*side;
  10.   return o
  11. end
  12. -- 基础类方法 printArea
  13. function Shape:printArea ()
  14.   print("面积为 ",self.area)
  15. end

接下来的实例，Square 对象继承了 Shape 类:

  1. Square = Shape:new()
  2. -- Derived class method new
  3. function Square:new (o,side)
  4.   o = o or Shape:new(o,side)
  5.   setmetatable(o, self)
  6.   self.__index = self
  7.   return o
  8. end

完整实例

以下实例我们继承了一个简单的类，来扩展派生类的方法，派生类中保留了继承类的成员变量和方法：

  1. -- Meta class
  2. Shape = {area = 0}
  3. -- 基础类方法 new
  4. function Shape:new (o,side)
  5.   o = o or {}
  6.   setmetatable(o, self)
  7.   self.__index = self
  8.   side = side or 0
  9.   self.area = side*side;
  10.   return o
  11. end
  12. -- 基础类方法 printArea
  13. function Shape:printArea ()
  14.   print("面积为 ",self.area)
  15. end
  17. -- 创建对象
  18. myshape = Shape:new(nil,10)
  19. myshape:printArea()
  21. Square = Shape:new()
  22. -- 派生类方法 new
  23. function Square:new (o,side)
  24.   o = o or Shape:new(o,side)
  25.   setmetatable(o, self)
  26.   self.__index = self
  27.   return o
  28. end
  30. -- 派生类方法 printArea
  31. function Square:printArea ()
  32.   print("正方形面积为 ",self.area)
  33. end
  35. -- 创建对象
  36. mysquare = Square:new(nil,10)
  37. mysquare:printArea()
  39. Rectangle = Shape:new()
  40. -- 派生类方法 new
  41. function Rectangle:new (o,length,breadth)
  42.   o = o or Shape:new(o)
  43.   setmetatable(o, self)
  44.   self.__index = self
  45.   self.area = length * breadth
  46.   return o
  47. end
  49. -- 派生类方法 printArea
  50. function Rectangle:printArea ()
  51.   print("矩形面积为 ",self.area)
  52. end
  54. -- 创建对象
  55. myrectangle = Rectangle:new(nil,10,20)
  56. myrectangle:printArea()

执行以上代码，输出结果为：

  1. 面积为     100
  2. 正方形面积为     100
  3. 矩形面积为     200

函数重写

Lua 中我们可以重写基础类的函数，在派生类中定义自己的实现方式：

  1. -- 派生类方法 printArea
  2. function Square:printArea ()
  3.   print("正方形面积 ",self.area)
  4. end

按实例的写法，每次new新实例的时候都需要将第一个变量的值设为nil,很不方便。

可以稍做变形，把变量o放在函数里创建，免去麻烦。

  1. --创建一个类，表示四边形
  2. local RectAngle = { length, width, area} --声明类名和类成员变量
  4.      function RectAngle: new (len,wid) --声明新建实例的New方法
  5.         local o = {
  6.         --设定各个项的值
  7.          length = len or 0,
  8.          width = wid or 0,
  9.          area =len*wid
  10.         }
  11.         setmetatable(o,{__index = self} )--将自身的表映射到新new出来的表中
  12.         return o
  13.     end
  15.     function RectAngle:getInfo()--获取表内信息的方法
  16.         return self.length,self.width,self.area
  17.     end
  20. a = RectAngle:new(10,20)
  21. print(a:getInfo())      -- 输出：10    20    200
  22. b = RectAngle:new(10,10)
  23. print(b:getInfo())      -- 输出：10    10    100
  24. print(a:getInfo())      -- 输出：10    20    200

补充： . 与 : 的区别在于使用 : 定义的函数隐含 self 参数，使用 : 调用函数会自动传入 table 至 self 参数，示例：

  1. classA={}
  2. function classA:getob(name)
  3.     print(self)
  4.     ob={}
  5.     setmetatable(ob,self)
  6.     self.__index=self
  7.     self.name=name
  8.     return ob
  9. end
  11. function classA:getself()
  12.     return self
  13. end
  15. c1=classA:getob("A")
  16. c2=classA:getob("B")
  17. print(string.rep("*",30))
  18. print(c1:getself())
  19. print(c2:getself())
  20. print(string.rep("*",30))
  22. ----------------------继承------------------------
  24. classB=classA:getob()    ----非常重要，用于获取继承的self
  25. function classB:getob(name,address)
  26.     ob=classA:getob(name)
  27.     setmetatable(ob,self)
  28.     self.__index=self
  29.     self.address=address
  30.     return ob
  31. end
  33. c3=classB:getob("gray.yang","shenzhen")
  34. print(c3:getself())

输出结果：

  1. table: 0x7fc99d404c80
  2. table: 0x7fc99d404c80
  3. ******************************
  4. table: 0x7fc99d402c50
  5. table: 0x7fc99d404cc0
  6. ******************************
  7. table: 0x7fc99d404c80
  8. table: 0x7fc99d404c80
  9. table: 0x7fc99d405640

模拟类和继承

  1. classA={}
  3. function classA.new(cls,...)     --定义类方法时使用"."号，不适用隐式传参
  4.     this={}
  5.     setmetatable(this,cls)
  6.     cls.__index=cls           --将元表的__index设为自身，访问表的属性不存在时会搜索元表
  7.     cls.init(this,...)        --初始化表，注意访问类的方法都是"."，此时不会隐式传入参数
  8.     return this
  9. end
  11. function classA.init(self,name)
  12.     self.name=name
  13. end
  15. function classA.getname(self)
  16.     return self.name
  17. end
  19. p=classA:new("gray.yang")
  20. print(p:getname())
  21. print(string.rep("*",50))

模拟继承

  1. classB=classA:new()        --获得实例
  3. function classB.new(cls,...)
  4.     this={}
  5.     setmetatable(this,cls)
  6.     cls.__index=cls
  7.     cls.init(this,...)
  8.     return this
  9. end
  11. function classB.init(self,name,address)
  12.     super=getmetatable(self)
  13.     super:init(name)                --使用父类初始化
  14.     self.address=address
  15. end
  17. function classB.getaddress(self)
  18.     return self.address
  19. end
  21. b=classB:new("tom.li","shenzhen")
  23. print("getbname==============>",b:getname())
  24. print("getbaddress===========>",b:getaddress())

多重继承

  1. -- 在table 'plist'中查找'k'
  2. local function search(k, plist)
  3.   for i = 1, #plist do
  4.     local v = plist[i][k]      -- 尝试第i个基类
  5.     if v then return v end
  6.   end
  7. end
  9. function createClass(...)
  10.   local c = {}                   -- 新类
  11.   local parents = {...}
  13.   -- 类在其父类列表中的搜索方法
  14.   setmetatable(c, {__index = function(t, k)
  15.     return search(k, parents)
  16.   end})
  18.   -- 将'c'作为其实例的元表
  19.   c.__index = c
  21.   -- 为这个新类定义一个新的构造函数
  22.   function c:new(o)
  23.     o = o or {}
  24.     setmetatable(o, c)
  25.     return o
  26.   end
  28.   return c                       -- 返回新类
  29. end
  31. -- 类Named
  32. Named = {}
  33. function Named:getname()
  34.   return self.name
  35. end
  37. function Named:setname(n)
  38.   self.name = n
  39. end
  41. -- 类Account
  42. Account = {balance = 0}
  43. function Account:withdraw(w)
  44.   self.balance = self.balance - v
  45. end
  47. -- 创建一个新类NamedAccount，同时从Account和Named派生
  48. NamedAccount = createClass(Account, Named)
  50. account = NamedAccount:new()
  51. account:setname("Ives")
  52. print(account:getname())         -- 输出 Ives

一个简单的面向对象实现

  1. --[[
  2. Lua 中使用":"实现面向对象方式的调用。":"只是语法糖，它同时在方法的声明与实现中增加了一个
  3. 名为 self 的隐藏参数，这个参数就是对象本身。
  4. ]]
  6. --实例：
  7. Account = {balance = 0};
  9. --生成对象
  10. function Account:new(o)
  11.     o = o or {}; --如果用户没有提供对象，则创建一个。
  12.     setmetatable(o, self); --将 Account 作为新创建的对象元表
  13.     self.__index = self; --将新对象元表的 __index 指向为 Account（这样新对象就可以通过索引来访问 Account 的值了）
  15.     return o; --将新对象返回
  16. end
  18. --存款
  19. function Account:deposit(v)
  20.     self.balance = self.balance + v;
  21. end
  23. --取款
  24. function Account:withdraw(v)
  25.     self.balance = self.balance - v;
  26. end
  28. --查询
  29. function Account:demand()
  30.     print(self.balance);
  31. end
  33. --创建对象
  34. myAccount = Account:new();
  35. --通过索引访问
  36. print(myAccount.balance);
  37. --调用函数
  38. myAccount:deposit(100);
  39. myAccount:withdraw(50);
  40. myAccount:demand();

执行结果：

  1. 0
  2. 50
  3. [Finished in 0.0s]