Lua面向对象设计

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　　首先对于Lua语言，它没有打算被用来进行大型的程序设计，相反，Lua目标定于小型到中型的程序设计，通常是作为大型系统的一部分，所以它只提供了一套精简的元素，很多高级语言的概念都没有。这样Lua就成为了一个既简单又灵活的轻量级语言，但是基本上高级语言中的大多数机制都可以在现有Lua的基础上加以实现。

　　面向对象的基础是类，但Lua中没有提供类的概念，所以我们需要利用Lua现有的机制来实现类似于类的有关oop的一整套概念。基本方案是使用table来实现类机制，并且结合使用self参数和冒号操作。我们先来看看self参数和冒号操作符的用法：

　　self参数的使用是很多面向对象语言的要点，大多数OO语言将这种机制隐藏起来，这样程序员不必声明这个参数（虽然仍然可以在方法内使用这个参数）。Lua也提供了通过使用冒号操作符来隐藏这个参数的声明(通过冒号来声明函数)。先来看下这段代码（这里面还不涉及到类的定义，只是纯粹为了解释self和冒号操作）：

Account = {balance = 0}

function Account.withdraw(obj, v)
    obj.balance = obj.balance + v
end

a = Account
a.withdraw(a, 100)
print(a.balance)

　　也可以将函数写成这样（将obj换成self能更好的表达出该参数的语义）：

function Account.withdraw(self, v)
    self.balance = self.balance + v
end

　　self本身是一个Lua的保留字，为了不必给每个函数声明都加上self，Lua提供了冒号操作符：

function Account:withdraw (v)
    self.balance = self.balance - v
end

　　定义函数时将点改成冒号，函数体内部直接用self参数访问对象自己（self参数表示表自己，也就是对象本身）。同时函数调用也有两种写法，并且这两种写法是通用的：

a.withdraw(a, 100)
a:withdraw(100)

　　点操作需要显示传入调用者自身。实际上，冒号的效果相当于在函数定义和函数调用的时候，增加一个额外的隐藏参数。这种方式只是提供了一种方便的语法，并没有什么新的内容。我们可以使用dot语法定义函数而用冒号语法调用函数，反之亦然，只要我们正确的处理好额外的参。

　　Lua中的表其实是一个对象。我们定义一个表作为原型（相当于类定义），然后其他的对象（也是一个表）通过metatable和__index机制来访问原型表中的成员。下面看下类的实现：

Account = {balance = 0}

--将表自己做成metatable，或者也可以在表中加入一个mt成员来作为metatable
function Account:new(o)
    o = o or {}
    setmetatable(o, self)
    self.__index = self
    return o
end

function Account:withdraw(v)
    self.balance = self.balance - v
end

function Account:deposit(v)
    self.balance = self.balance + v
end

a1 = Account:new{}
a2 = Account:new{balance = 100}
a1:withdraw(100)
print(a1.balance)
print(a2.balance)

　　为了简洁，直接将类本身定为对象表的metatable。上面的new函数还是有一定的技巧性的，之前用过C++/Java等语言的人，应该不太习惯这种写法。因为在强类型语言中，编程者会尽量避免倾向于展示技巧的写法，而使用更简单、可读性更高的写法。但在使用Lua时需要转换一下思维，尤其是在基于Lua基础的东西来扩展一些概念的时候，各种技巧性的东西会很常见，要习惯。

　　类继承的实现其实很简单，直接调用基类的new操作，然后在子类中可以添加一些新的成员或方法：

-- 继承自Account的类（其实就是一个Account对象），SpecialAcount可以重新定义继承来的成员函数，或添加新的成员函数
SpecialAccount = Account:new()

-- 子类实例化，有趣之处是，s的metatable是SpecialAccount
s = SpecialAccount:new{limit = 1000}

　　可以看到，其实上面的类也是对象，只是看你怎么去理解它，当把一个对象当做模板原型来用时，它就是一个类，但同时，它也是一个对象，很随意有木有。

　　多继承：多继承的想法很简单，就是对于子类中不存在的域，在多个父类中依次查找即可。不过此代码有点复杂，如下所示：

Named = {name = "default"}
function Named:getname() return self.name end
function Named:setname(v) self.name = v end

--k为函数名，list为父类列表
search = function(k, list)
    for i = 1, table.getn(list) do
        local v = list[i][k]        -- 访问第i个父类的k域，存在则返回
        if v then return v end
    end
end

-- 参数为父类列表
createClass = function (...)
    c = {}

    -- 这里面的k为访问的域
    setmetatable(c, {__index = function(t, k) return search(k, arg)   end})
    
    -- 用作对象的metatable
    c.__index = c
    function c:new(o)
        o = o or {}
        setmetatable(o, c)
        return o
    end
    
    return c
end

NamedAccount = createClass(Account, Named)
obj = NamedAccount:new{name = "Paul"}
print(obj:getname())

　　函数search表示在父类列表list中依次查找名字为k的域。

　　函数createClass用于创建多继承的类，参数为父类列表。可以看到对象以多继承类为metatable，而多继承类通过metatable在多个父类中依次查找域。

　　私有成员的实现：基于闭包来封装掉不想被外部访问的数据或接口。

function newAccount(initialBalance)
    -- 这里面放的全是私有部分，可以是私有数据或私有函数
    local self = {balance = initialBalance}
    
    local withdraw = function(v) self.balance = self.balance - v end
    local deposit = function(v) self.balance = self.balance + v end
    
    local getBalance = function() return self.balance end
    
    -- 对外公开的接口全在return的表中索引
    return {withdraw = withdraw, deposit = deposit, getBalance = getBalance}
end

a1 = newAccount(0)
a2 = newAccount(100)
a1.withdraw(100)
print(a1.getBalance())
print(a2.getBalance())

　　一种特殊的“对象”：对象只有一个单一的方法时，可以这样使用。它是前面介绍的oop的一种特例，这种对象不具有继承性，但具有私有性，而且效率比较高：

function newObject(value)
    return function(action, v)
        if action == "get" then return value
        elseif action == "set" then value = v
        else error("invalid action")
        end
    end
end

d = newObject(0)
print(d("get"))
d("set", 10)
print(d("get"))