10-面向对象编程

在之前的表章节中提到，Lua语言中的一张表就是一个对象，可以用表实现OOP。

通常支持OOP的编程语言认为：类在对象的创建中扮演了模子的作用，对象是类的实例。虽然元表概念和该观点类似，但将元表直接作为类使用在后续会变得麻烦。可以参考基于原型的语言（例如Self，JavaScript）的设计思路来在Lua语言中模拟类。在这些语言中，对象不属于类，每个对象可以有一个原型。原型也是一种普通的对象，当对象（类的实例）遇到一个未知操作时首先会在原型中查找。因此，按这种思想表示类需要创建一个专门被用作其他对象（类的实例）的原型对象。

封装

按照上述思路以及元表相关的知识，下例代码实现了一个用于实例化对象的原型对象Object，并通过实例化函数Object:New()创建了一个实例o1：

local Object = { id = 1 }
Object.__index = Object

function Object:New()
    -- 实例会找类的方法
    return setmetatable({}, self)
end

function Object:Test()
    print("Object:Test, id = " .. self.id)
end

local o1 = Object:New()
o1:Test()                  --> Object:Test, id = 1
o1.id = 2
o1:Test()                  --> Object:Test, id = 2

当Lua：

对o1进行字段读取o1.Test或o1.id时，如果o1中不存在该字段，Lua会检查它的元表Object，该元表的__index指向Object，因此继续在Object中查找该字段；
执行o1.id = 2时，Lua会直接在so1中创建字段id，之后再次读取会返回这里的定义；

上述过程说明，可以利用原型对象和元表机制在 Lua 中模拟 OOP。

继承

单继承

由于类本身也是普通对象，因此它们也可以从其他类中获得方法。这种行为使得继承可以很容易地在 Lua 中实现。

下例代码实现了专门用于创建子类的函数 Object:SubClass()。使用它创建一个从基类 Object 继承方法的子类 SubObject，再通过继承得到的实例化函数 SubObject:New() 创建实例 so1：

function Object:SubClass()
    local cls = {}
    cls.__index = cls
    -- 子类的元表为父类
    return setmetatable(cls, self)
end

local SubObject = Object:SubClass()

function SubObject:Test()
    print("SubObject: id = " .. self.id)
end

local so1 = SubObject:New()
so1:Test()                  --> SubObject: id = 1

从上例代码中可以发现，Lua：

在调用函数SubObject:New()时，类SubObject自身没有定义New()函数。Lua会检查它的元表Object，该元表的__index指向Object，因此最终在Object中找到New()；
so1在执行Test()时，由于找不到函数Test()和字段id，通过元表SubObject的__index字段在SubObject中查找找到Test()，找不到字段id，继续通过SubObject的元表Object的__index字段在Object中找到id；

因此，整个继承关系可以概括为：so1 --元表--> SubObject --元表--> Object，其中，so1 -> SubObject负责实例对类成员的查找，而SubObject-> Object负责子类对父类成员的查找/继承。

多继承

多继承意味着一个类可以具有多个基类，也就是说不能通过使用其中一个父类的方法来创建子类，而是定义一个独立函数CreateClass(...)来创建子类，它的参数为子类的所有父类。

在封装和单继承的实现中，元表的元方法__index字段为元表本身，实例/子类找不到字段就会继续在它的元表处（即子类/父类）查找。这种实现仅支持单继承，无法满足一个类可以拥有多个父类（即多继承）的需求。实际上，__index的值还可以是一个函数，当Lua不能在原来的表中找到字段就会执行这个函数，可以利用这个特性实现子类在多个父类中查找字段的需求。

综上，多继承的一种实现如下例所示：

示例：多继承的一种实现点击展开/折叠代码

-- 在表parentList中查找key, 找不到就返回nil
local function Search(key, parentList)
    for i = 1, #parentList do
        local value = parentList[i][key]
        if value ~= nil then return value end
    end
    return nil
end

-- 多继承实现
function CreateClass(...)
    local cls = {}          -- 子类
    local parents = { ... } -- 父类列表

    -- 子类cls会查找父类列表的方法
    setmetatable(cls, {
        __index = function (_, key)
            return Search(key, parents)
        end
    })

    -- 子类cls的实例查cls
    cls.__index = cls

    -- 子类cls的构造函数
    function cls:New()
        return setmetatable({}, self)
    end

    return cls
end

local Person = Object:SubClass()
function Person:Walk()
    print("Walking...")
end

local Cat = Object:SubClass()
function Cat:Meow()
    print("Meow~")
end

local CatMan = CreateClass(Person, Cat)
local Bob = CatMan:New()
Bob:Walk()              --> Walking...
Bob:Meow()              --> Meow~

可以发现多继承类CatMan的实例Bob均可以调用父类Person的Walk()函数以及另一个父类Cat的Meow()函数。Lua语言在元表中的搜索思路和单继承中的类似，只是在最后__index环节变为执行Search()函数在多个父类中查询字段了，这里不再赘叙。

多态

多态就是相同方法名，不同子类有不同的处理逻辑，因此通过继承直接重写对应方法即可。但是如果想要保留父类逻辑（例如Super::）还需要在创建子类的函数SubClass()中添加元表字段__superClass记录父类信息：

示例：多态点击展开/折叠代码

function Object:SubClass()
    local cls = {}
    -- 子类cls的实例查cls
    cls.__index = cls
    -- 子类cls的实例可以调用父类方法
    cls.__superClass = self
    -- 子类cls会查找父类的方法
    return setmetatable(cls, self)
end

local Animal = Object:SubClass()
Animal.name = ""

function Animal:Say()
    print("I am an animal, my name is " .. self.name)
end

local Cat = Animal:SubClass()
Cat.name = "Cat"
function Cat:Say()
    -- 多态实现方法1: 通过__superClass字段调用父类方法, 注意
    --               这里不能使用冒号:调用父类方法，否则会传入
    --               父类的表信息，而不是自己
    self.__superClass.Say(self)
    print("Meow~")
end

local kitty = Cat:New()
kitty.name = "Kitty"
kitty:Say()     --> I am an animal, my name is Kitty\n Meow~ 

local Dog = Animal:SubClass()
Dog.name = "Dog"
function Dog:Say()
    -- 多态实现方法2: 直接通过父类方法调用，同样不能用冒号
    Animal.Say(self)
    print("Wolf!")
end

local doggy = Dog:New()
doggy.name = "Doggy"
doggy:Say()     --> I am an animal, my name is Doggy\n Wolf!

参考资料

《Lua程序设计 (第4版)》
【唐老狮】Unity热更新之Lua语法

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多态​

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