元表

我覺得Lua最強大的地方在于對象可以設置元表，而元表會影響對象的訪問行為。

Table的結構有一個metatable成員，userdata類型的結構也有一個metatable成員，這表明Table和userdata對象可以單獨設置元表，其他每種類型的元素是共享的。通過情況下，我們只會對Table或Userdata設置元表，其他類型沒有辦法通過Lua代碼設置元表。

字符串庫默認給string類型設置了一個元表。使得它可以像對象一樣調用字符串庫的函數，比如"hello":len()

設置元表的API為lua_setmetatable:

LUA_API int lua_setmetatable(lua_State *L, int objindex) {TValue *obj;Table *mt;lua_lock(L);// 從棧中取對象obj = index2addr(L, objindex);//從棧中取元表if (ttisnil(L->top - 1))mt = NULL;else {api_check(L, ttistable(L->top - 1), "table expected");mt = hvalue(L->top - 1);}//根據不同類型設置元表switch (ttnov(obj)) {case LUA_TTABLE: { //tablehvalue(obj)->metatable = mt;if (mt) {luaC_objbarrier(L, gcvalue(obj), mt);luaC_checkfinalizer(L, gcvalue(obj), mt);}break;}case LUA_TUSERDATA: { //userdatauvalue(obj)->metatable = mt;if (mt) {luaC_objbarrier(L, uvalue(obj), mt);luaC_checkfinalizer(L, gcvalue(obj), mt);}break;}default: { // 其他類型G(L)->mt[ttnov(obj)] = mt;break;}}L->top--;lua_unlock(L);return 1; }

元方法

元表是通過定義在其上的字段來影響對象的行為的，這些字段也稱為元方法，但其實不是每個字段都是函數，有些是字符串，有些甚至可以是另外一個表，大概列舉如下:

__tostring, __pairs, __name, __index, __newindex, __call, __add, __sub, __mul, __div, __mod, __pow, __unm, __idiv, __band, __bor, __bxor, __bnot, __shl, __shr, __concat, __len, __eq, __lt, __le, __gc, __mode,

關于元方法的具體含義，具體請看文檔，這里不再描述。

在ltm.h|.c中實現了元方法的一些輔助函數，其中有一個枚舉:

typedef enum {TM_INDEX,TM_NEWINDEX,TM_GC,TM_MODE,TM_LEN,TM_EQ, /* 在這之前的元方法可以快速訪問 */...TM_N /* 枚舉數量 */ } TMS;

枚舉了元方法的類型，在global_state中有一個tmname字段，為TMS到元方法名字的映射，在下面代碼初始化:

void luaT_init (lua_State *L) {static const char *const luaT_eventname[] = { /* ORDER TM */"__index", "__newindex","__gc", "__mode", "__len", "__eq","__add", "__sub", "__mul", "__mod", "__pow","__div", "__idiv","__band", "__bor", "__bxor", "__shl", "__shr","__unm", "__bnot", "__lt", "__le","__concat", "__call"};int i;for (i=0; i<TM_N; i++) {G(L)->tmname[i] = luaS_new(L, luaT_eventname[i]);luaC_fix(L, obj2gco(G(L)->tmname[i])); /* never collect these names */} }

?

由上面代碼可知tmname的字段為不會被GC回收的短字符串對象。這樣的話使用TMS宏即可快速從tmname找到相應的元方法名。再由元方法名找元表的字段值。

快速訪問元方法

正常取元方法值是下面這個函數:

const TValue *luaT_gettmbyobj (lua_State *L, const TValue *o, TMS event) {// 主體邏輯很簡單，根據類型取出ua尿素，然后調用luaH_getshortstr取元方法Table *mt;switch (ttnov(o)) {case LUA_TTABLE:mt = hvalue(o)->metatable;break;case LUA_TUSERDATA:mt = uvalue(o)->metatable;break;default:mt = G(L)->mt[ttnov(o)];}return (mt ? luaH_getshortstr(mt, G(L)->tmname[event]) : luaO_nilobject); }

ltm.h中有一個fasttm宏，用于加速取表中某些元方法的值，看最上面的枚舉，在TM_EQ之上那些元方法會用加速的方式，怎么加速呢：

// L為lua_State, et為元素， e為TMS枚舉 #define fasttm(l,et,e) gfasttm(G(l), et, e) // 先通過Table的flag標記位判斷，如果該位存在，表示沒有該元方法，直接返回NULL // 否則才通過luaT_gettm去取 #define gfasttm(g,et,e) ((et) == NULL ? NULL : \((et)->flags & (1u<<(e))) ? NULL : luaT_gettm(et, e, (g)->tmname[e]))

luaT_gettm代碼如下:

const TValue *luaT_gettm(Table *events, TMS event, TString *ename) {// 先嘗試從Table中取元方法值const TValue *tm = luaH_getshortstr(events, ename);lua_assert(event <= TM_EQ);// 如果值不存在，設置表中的flags相應位為1// 下次再調用fasttm, 就不會調到這個函數了。if (ttisnil(tm)) { /* no tag method ? */events->flags |= cast_byte(1u<<event); /* cache this fact */return NULL;}else return tm; }

我們前面看Table結構時，注意到這個flags成員，現在終于知道它是用在這里的。flags的位為1表示該位的元方法不存在，這樣就避免每次查詢元方法都要從元表去取，某些元方法的查詢是很頻繁的。

但既然有了狀態，就得維護這個狀態，ltable.h有一個宏invalidateTMcache,作用是把flags清0：

#define invalidateTMcache(t)? ?((t)->flags = 0)

注意fasttm只能用于表，用戶數據只能通過luaT_gettmbyobj查詢元方法。

列舉元方法的調用

不同的元方法會在不同的代碼出現，下面只能列舉一些。

__index

索引表，流程大概是這樣的:

• 調用luaV_gettable取表的字段，其中:
• 調用luaV_fastget取字段，如果失敗則調用luaV_finishget, 這里面就會使用元方法
• 通過fasttm或luaT_gettmbyobj得到元方法后，判斷它是否為函數，如果為函數則調用luaT_callTM,否則它應該是一個表，則繼續這個過程。
• 假如一直這個循環，直到MAXTAGLOOP次，則Lua直接報錯，說明這個__index鏈太長了。

具體邏輯請看上面這幾個函數。

__newindex

設置表，流程大概是這樣的:

• 調用luaV_settable設置表字段，其中:
• 調用luaV_fastset設置字段，如果失敗則調用luaV_finishset,這里面就會使用元方法。
• 通過fasttm或luaT_gettmbyobj得到元方法后，判斷他是否為函數，如果為函數則調用luaT_callTM,否則它應該是一個表，則繼續這個過程。
• 假如一直這個循環，直到MAXTAGLOOP次，則Lua直接報錯，說明這個__newindex鏈太長了。

具體邏輯請看上面這幾個函數。

__eq

比較兩個對象是否相等，在luaV_equalobj中如果對象是表或用戶數據，則嘗試通過fasttm取得它們的元方法，如果取得到，就調用luaT_callTM。

__len

取對象長度，在luaV_objlen函數中，中如果對象是表或用戶數據，則嘗試通過fasttm取得它們的元方法，如果取得到，就調用luaT_callTM。

__name

自定義對象的名字，luaT_objtypename函數返回一個對象的名字，比如boolean, nil, table等等，但對象的名字可以自定義，只要這個對象有一個元表，指定元表的__name元方法即可，對象名字一般用于錯誤提示上，比如luaG_typeerror等函數。

__tostring

返回對象的字符串表現，看一下Lua的tostring函數的調用鏈：

tostring -> luaB_tostring -> luaL_tolstring

luaL_tolstring嘗試調用對象元表的tostring，如果沒有tostring就根據類型來，最后默認就是typename : 對象地址

__pairs

遍歷表：luaB_pairs->pairsmeta，先判斷有沒有元表，元表有沒有存在__pairs，有就調用它，沒有就調用luaB_next。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的深入Lua：元表的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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