关于Lua中的面向对象实现

写在前面

最近在琢磨“Lua热重载”，在测试中发现我之前对Lua中的面向对象实现有一些理解发生变化，这里记录一下。
本文提到的面向对象实现来自云风。

类实现

《Lua程序设计（第4版）》以银行账户存取钱为例，解释了如何实现一个类。从“面向对象的3大特性”角度，它的实现概括如下：
- 继承：改__index引向自己
- 多态：不用新建其他类，会自动找到对应方法（多重继承，书上举例是用查找父类方法实现的）
- 封装：
  - 单方法：将公开的字段和函数放在单独表中；不过这种方式不能“继承”。
  - 对偶：把表当key存起来；可“继承”。
不过《Lua程序设计（第4版）》书上没有完整的可直接拷走的代码，我工作项目用的是toLua，toLua也没有提供Lua类脚本，所以用了云风设计的class代码，如下：

local _class={}
 
function class(super)
    local class_type={}
    class_type.ctor=false
    class_type.super=super
    class_type.new=function(...) 
            local obj={}
            do
                local create
                create = function(c,...)
                    if c.super then
                        create(c.super,...)
                    end
                    if c.ctor then
                        c.ctor(obj,...)
                    end
                end
 
                create(class_type,...)
            end
            setmetatable(obj,{ __index=_class[class_type] })
            return obj
        end
    local vtbl={}
    _class[class_type]=vtbl
 
    setmetatable(class_type,{__newindex=
        function(t,k,v)
            vtbl[k]=v
        end
    })
 
    if super then
        setmetatable(vtbl,{__index=
            function(t,k)
                local ret=_class[super][k]
                vtbl[k]=ret
                return ret
            end
        })
    end
 
    return class_type
end

理解

对比：有对比才能看出云风写的class好在哪，之前我在看LuaFramework_UGUI框架时，它有一个写的很短很简单的LuaClass（如下），拿LuaClass和云风的对比，能看得出来LuaClass在“面向对象的3大特性”上没有实现“多态”和“封装”，LuaClass仅能作为参考，是不能直接搬到正式工程里用的。

--Author : Administrator
--Date   : 2014/11/25

--声明，这里声明了类名还有属性，并且给出了属性的初始值。
LuaClass = {x = 0, y = 0}

--这句是重定义元表的索引，就是说有了这句，这个才是一个类。
LuaClass.__index = LuaClass

--构造体，构造体的名字是随便起的，习惯性改为New()
function LuaClass:New(x, y) 
    local self = {};    --初始化self，如果没有这句，那么类所建立的对象改变，其他对象都会改变
    setmetatable(self, LuaClass);  --将self的元表设定为Class
    self.x = x;
    self.y = y;
    return self;    --返回自身
end

--测试打印方法--
function LuaClass:test() 
    logWarn("x:>" .. self.x .. " y:>" .. self.y);
end

--endregion

回到class，最开始阅读class代码时，我有好些地方没看懂，包括“_class是放什么的”，“class_type为什么要起名叫class_type”等等。最近在琢磨“Lua热重载”时，再次回顾了这里，对以前理解错误的地方或是一知半解的问题有了新回答。以下是我在阅读时冒出的问题和对应回答：
- _class是什么？——> _class是记录各种类的类型（以下都称为“类-原型”）的词典（如果是我，会起名为_classTypeMap，这样更好懂）。
  - 比如：新建两个类-原型A和B，此时_class中会记有类-原型A和类-原型B。

local A = class()
local B = class()

- class()到底做了什么？——> class()其实负责的是创建“类-原型”，而非“类-实例”，这从它最后return的值是class_type可以看出。如果需要创建“类-实例”，就得用new函数。
- 下面的代码是什么意思？——> vtbl 即value table，setmetatable这里对class_type有写操作，却无读操作，即class_type里的数据是只写属性，即这些数据仅限于类内部使用。

local vtbl={}
_class[class_type]=vtbl

setmetatable(class_type,{__newindex=
    function(t,k,v)
        vtbl[k]=v
    end
})

　　　　有需要的话，可以修改，例如下方就是把原来的只写属性改为可读可写属性，即public:

local vtbl = {}
_class[class_type] = vtbl

setmetatable(class_type, {
    __newindex = function(t,k,v)
        vtbl[k] = v
    end,
    
    __index = vtbl,
})

- 下面的代码是什么意思？——> 查找自己没有的数据时，如果有父类super，先去_class里找类-原型super的数据，拿该数据覆盖/填充

if super then
    setmetatable(vtbl,{__index=
        function(t,k)
            local ret=_class[super][k]
            vtbl[k]=ret
            return ret
        end
    })
end

根据上面回答，以下是我加了注释的class代码：

-- https://blog.codingnow.com/cloud/LuaOO
-- 类（注释版）

-- _class是记录各种类的类型（以下都称为“类-原型”）的词典
-- 比如：local A = class()，local B = class()，则_class中会记有类-原型A和类-原型B
-- 如果是我，会起名为_classTypeMap，这样更好懂
local _class = {}

function class(super)
    -- 创建的是类-原型class_type，只有用了类-原型的new函数，才能得到类-实例
    local class_type = {} 
    -- 自定义构造函数ctor    
    class_type.ctor = false
    class_type.super = super
    class_type.new = function(...)
        local obj = {}
        do
            local create = function(c, super)
                if c.super then
                    create(c.super, ...)                    
                end
                if c.ctor then
                    c.ctor(obj, ...)
                end
            end
            create(class_type, ...)            
        end
        -- 在_class中查找类-类型为class_type的数据
        setmetatable(obj, {__index = _class[class_type]})
        return obj
    end
    
    -- vtbl即value table
    local vtbl = {}
    _class[class_type] = vtbl
    -- 对class_type有写操作，却无读操作，即class_type里的数据是只写属性，即这些数据仅限于类内部使用
    -- （可见《Lua程序程序设计（第4版）》第21章“面向对象编程”的“对偶”）
    setmetatable(class_type, 
        {
            __newindex = function(t, k, v)
                vtbl[k] = v
            end
            
        })
    
    -- 查找自己没有的数据时，如果有父类super，先去_class里找类-原型super的数据，拿该数据覆盖/填充
    if super then
        setmetatable(vtbl, 
            {
                __index = function(t, k)                    
                    local ret = _class[super][k]
                    vtbl[k] = ret                    
                    return ret
                end
                
            })    
    end
    
    return class_type
        
end