lua基础知识学习四，模块与包，元表

1.Lua 模块与包

模块类似于一个封装库，从 Lua 5.1 开始，Lua 加入了标准的模块管理机制，可以把一些公用的代码放在一个文件里，以 API 接口的形式在其他地方调用，有利于代码的重用和降低代码耦合度。

1.1 require 函数

Lua提供了一个名为require的函数用来加载模块。要加载一个模块，只需要简单地调用就可以了。例如：

require("<模块名>")

或者：

require "<模块名>"

执行 require 后会返回一个由模块常量或函数组成的 table，并且还会定义一个包含该 table 的全局变量。

比如：（引用了库文件，并且定义了一个全局的变量）

Mathf		= require "Mathf"
Vector2		= require "Vector2"
Vector3 	= require "Vector3"

模块代码：

-- 文件名为 module.lua
-- 定义一个名为 module 的模块
module = {}
 
-- 定义一个常量
module.constant = "这是一个常量"
 
-- 定义一个函数
function module.func1()
    io.write("这是一个公有函数！\n")
end
 
local function func2()
    print("这是一个私有函数！")
end
 
function module.func3()
    func2()
end
 
return module

引用代码：

-- test_module.lua 文件
-- module 模块为上文提到到 module.lua
require("module")
 
print(module.constant)
 
module.func3()

这是一个常量
这是一个私有函数！

1.2 加载机制

对于自定义的模块，模块文件不是放在哪个文件目录都行，函数 require 有它自己的文件路径加载策略，它会尝试从 Lua 文件或 C 程序库中加载模块。

require 用于搜索 Lua 文件的路径是存放在全局变量 package.path 中，当 Lua 启动后，会以环境变量 LUA_PATH 的值来初始这个环境变量。如果没有找到该环境变量，则使用一个编译时定义的默认路径来初始化。

当然，如果没有 LUA_PATH 这个环境变量，也可以自定义设置，在当前用户根目录下打开 .profile 文件（没有则创建，打开 .bashrc 文件也可以），例如把 "~/lua/" 路径加入 LUA_PATH 环境变量里：

#LUA_PATH
export LUA_PATH="~/lua/?.lua;;"

文件路径以 ";" 号分隔，最后的 2 个 ";;" 表示新加的路径后面加上原来的默认路径。

接着，更新环境变量参数，使之立即生效。

//打开.profile文件
source ~/.profile

这时假设 package.path 的值是：

/Users/dengjoe/lua/?.lua;./?.lua;/usr/local/share/lua/5.1/?.lua;/usr/local/share/lua/5.1/?/init.lua;/usr/local/lib/lua/5.1/?.lua;/usr/local/lib/lua/5.1/?/init.lua

那么调用 require("module") 时就会尝试打开以下文件目录去搜索目标。

/Users/dengjoe/lua/module.lua;
./module.lua
/usr/local/share/lua/5.1/module.lua
/usr/local/share/lua/5.1/module/init.lua
/usr/local/lib/lua/5.1/module.lua
/usr/local/lib/lua/5.1/module/init.lua

如果找过目标文件，则会调用 package.loadfile 来加载模块。否则，就会去找 C 程序库。

搜索的文件路径是从全局变量 package.cpath 获取，而这个变量则是通过环境变量 LUA_CPATH 来初始。

搜索的策略跟上面的一样，只不过现在换成搜索的是 so 或 dll 类型的文件。如果找得到，那么 require 就会通过 package.loadlib 来加载它。

1.3 C 包

Lua和C是很容易结合的，使用 C 为 Lua 写包。

与Lua中写包不同，C包在使用以前必须首先加载并连接，在大多数系统中最容易的实现方式是通过动态连接库机制。

Lua在一个叫loadlib的函数内提供了所有的动态连接的功能。这个函数有两个参数:库的绝对路径和初始化函数。所以典型的调用的例子如下:

local path = "/usr/local/lua/lib/libluasocket.so"
local f = loadlib(path, "luaopen_socket")

loadlib 函数加载指定的库并且连接到 Lua，然而它并不打开库（也就是说没有调用初始化函数），反之他返回初始化函数作为 Lua 的一个函数，这样我们就可以直接在Lua中调用他。

如果加载动态库或者查找初始化函数时出错，loadlib 将返回 nil 和错误信息。我们可以修改前面一段代码，使其检测错误然后调用初始化函数：

local path = "/usr/local/lua/lib/libluasocket.so"
-- 或者 path = "C:\\windows\\luasocket.dll"，这是 Window 平台下
local f = assert(loadlib(path, "luaopen_socket"))
f()  -- 真正打开库

一般情况下我们期望二进制的发布库包含一个与前面代码段相似的 stub 文件，安装二进制库的时候可以随便放在某个目录，只需要修改 stub 文件对应二进制库的实际路径即可。

将 stub 文件所在的目录加入到 LUA_PATH，这样设定后就可以使用 require 函数加载 C 库了。

2.Lua 元表(Metatable) 

Lua 提供了元表(Metatable)，允许我们改变 table 的行为，每个行为关联了对应的元方法。

例如，使用元表我们可以定义 Lua 如何计算两个 table 的相加操作 a+b。

当 Lua 试图对两个表进行相加时，先检查两者之一是否有元表，之后检查是否有一个叫 __add 的字段，若找到，则调用对应的值。 __add 等即时字段，其对应的值（往往是一个函数或是 table）就是"元方法"。

有两个很重要的函数来处理元表：

• setmetatable(table,metatable): 对指定 table 设置元表(metatable)，如果元表(metatable)中存在 __metatable 键值，setmetatable 会失败。
• getmetatable(table): 返回对象的元表(metatable)。

//设置元表
mytable = {}                          -- 普通表
mymetatable = {}                      -- 元表
setmetatable(mytable,mymetatable)     -- 把 mymetatable 设为 mytable 的元表

//或者浓缩代码
mytable = setmetatable({},{})

//返回元表
getmetatable(mytable)                 -- 这会返回 mymetatable

2.2__index 元方法

这是 metatable 最常用的键。

当你通过键来访问 table 的时候，如果这个键没有值，那么Lua就会寻找该table的metatable（假定有metatable）中的__index 键。如果__index包含一个表格，Lua会在表格中查找相应的键。

other = { foo = 3 }
t = setmetatable({}, { __index = other })
--查找t中的foo，然后会在元表中的other中找foo
t.foo
t.bar

显示结果：
3
nil

如果__index包含一个函数的话，Lua就会调用那个函数，table和键会作为参数传递给函数。

__index 元方法查看表中元素是否存在，如果不存在，返回结果为 nil；如果存在则由 __index 返回结果。

mytable = setmetatable({key1 = "value1"}, {
  __index = function(mytable, key)
    if key == "key2" then
      return "metatablevalue"
    else
      return nil
    end
  end
})

print(mytable.key1,mytable.key2)

value1    metatablevalue

Lua 查找一个表元素时的规则，其实就是如下 3 个步骤:

• 1.在表中查找，如果找到，返回该元素，找不到则继续
• 2.判断该表是否有元表，如果没有元表，返回 nil，有元表则继续。
• 3.判断元表有没有 __index 方法，如果 __index 方法为 nil，则返回 nil；如果 __index 方法是一个表，则重复 1、2、3；如果 __index 方法是一个函数，则返回该函数的返回值。

2.2 __newindex 元方法

__newindex 元方法用来对表更新，__index则用来对表访问 。

当你给表的一个缺少的索引赋值，解释器就会查找__newindex 元方法：如果存在则调用这个函数而不进行赋值操作。(New一个新东西，只会找__newindex元表)

以下实例演示了 __newindex 元方法的应用：

mymetatable = {}
mytable = setmetatable({key1 = "value1"}, { __newindex = mymetatable })

print(mytable.key1) -- value1

mytable.newkey = "新值2"
print(mytable.newkey,mymetatable.newkey) --nil    新值2

mytable.key1 = "新值1"
print(mytable.key1,mymetatable.key1)--新值1    nil

value1
nil    新值2
新值1    nil

在对新索引键（newkey）赋值时（mytable.newkey = "新值2"），会调用元方法，而不进行赋值。而如果对已存在的索引键（key1），则会进行赋值，而不调用元方法 __newindex。

以下实例使用了 rawset 函数来更新表： （强行跳过__newindex给表赋值）

mytable = setmetatable({key1 = "value1"}, {
    __newindex = function(mytable, key, value)
        rawset(mytable, key, "\""..value.."\"")
    end
})

mytable.key1 = "new value"
mytable.key2 = 4

print(mytable.key1,mytable.key2)

new value    "4"

2.3 为表添加操作符

以下实例演示了两表相加操作：

-- 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键值函数 table_maxn，即计算表的元素个数
function table_maxn(t)
    local mn = 0
    for k, v in pairs(t) do
        if mn < k then
            mn = k
        end
    end
    return mn
end

-- 两表相加操作
mytable = setmetatable({ 1, 2, 3 }, {
  //核心语句
  __add = function(mytable, newtable)
    for i = 1, table_maxn(newtable) do
      table.insert(mytable, table_maxn(mytable)+1,newtable[i])
    end
    return mytable
  end
})

secondtable = {4,5,6}

mytable = mytable + secondtable
        for k,v in ipairs(mytable) do
print(k,v)
end

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

__add 键包含在元表中，并进行相加操作。 表中对应的操作列表如下：(注意：__是两个下划线)

模式	描述
__add	对应的运算符 '+'.
__sub	对应的运算符 '-'.
__mul	对应的运算符 '*'.
__div	对应的运算符 '/'.
__mod	对应的运算符 '%'.
__unm	对应的运算符 '-'.
__concat	对应的运算符 '..'.
__eq	对应的运算符 '=='.
__lt	对应的运算符 '<'.
__le	对应的运算符 '<='.

 2.4 __call 元方法

__call 元方法在 Lua 调用一个值时调用（其实就是把table当函数xxxxtablefunc()调用的时候）。以下实例演示了计算表中元素的和：

-- 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键值函数 table_maxn，即计算表的元素个数
function table_maxn(t)
    local mn = 0
    for k, v in pairs(t) do
        if mn < k then
            mn = k
        end
    end
    return mn
end

-- 定义元方法__call
mytable = setmetatable({10}, {
  --核心方法
  __call = function(mytable, newtable)
        sum = 0
        for i = 1, table_maxn(mytable) do
                sum = sum + mytable[i]
        end
    for i = 1, table_maxn(newtable) do
                sum = sum + newtable[i]
        end
        return sum
  end
})
newtable = {10,20,30}
print(mytable(newtable))

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2.5 __tostring 元方法

__tostring 元方法用于修改表的输出行为（其实就是print它的时候）。以下实例我们自定义了表的输出内容：

mytable = setmetatable({ 10, 20, 30 }, {
  __tostring = function(mytable)
    sum = 0
    for k, v in pairs(mytable) do
                sum = sum + v
        end
    return "表所有元素的和为 " .. sum
  end
})
print(mytable)

表所有元素的和为 60