Lua中函數(shù)與面向對象編程的基礎知識整理

函數(shù)
1. 基礎知識
調用函數(shù)都需要寫圓括號，即使沒有參數(shù)，但有一種特殊例外：函數(shù)若只有一個參數(shù)且參數(shù)是字面字符串或table構造式，則圓括號可有可無，如dofile 'a.lua'，f{x=10, y=20}。

Lua為面向對象式的調用提供冒號操作符的特殊語法，如o.foo(o, x)等價于o:foo(x)。和Javascript類似，調用函數(shù)時提供的實參數(shù)量可以與形參數(shù)量不同，若實參多了則舍棄，不足則多余的形參初始化為nil。

1.1 多重返回值

Lua允許函數(shù)返回多個結果，函數(shù)返回如return max, index，接收如s, e = string.find("hello Lua world", "Lua")。如果一個函數(shù)調用不是一系列表達式的最后一個元素，則只產(chǎn)生一個值：

function foo() return "a", "b" end
x, y = foo(), 20  -- x="a", y=20（foo的第二個返回值被丟棄）
print(foo() .. "x")  -- 輸出ax，這是因為當函數(shù)出現(xiàn)在一個表達式中時，Lua會將其返回值數(shù)量調整為1

另外，只有當一個函數(shù)調用作為最后一個元素時，返回值才不會被調整，在其他位置都會被調整為1個，如t = {foo2()}則t={“a”, “b”}，t = {foo2(), 4}則t={“a”, 4}。

特殊函數(shù)unpack接受一個數(shù)組作為參數(shù)，并從下標1開始返回該數(shù)組的所有元素，如a, b = unpack({10, 20, 30})，則30被丟棄。unpack的一項重要用途體現(xiàn)在“泛型調用”機制中。

1.2 變長參數(shù)

函數(shù)參數(shù)表中3個點（…）表示該函數(shù)可接受不同數(shù)量的實參。在Lua 5.0中，沒有提供“…”表達式，如果要遍歷變長參數(shù)，可以訪問函數(shù)內隱含的局部變量arg。如果還有固定參數(shù)，則必須放在變長參數(shù)之前。

2. 高級主題
2.1 closure閉合函數(shù)

和Javascript的閉包基本是一個東西，此處不再贅述。從技術上說，Lua中只有closure，而不存在“函數(shù)”，因為函數(shù)本身就是一種特殊的closure。closure的應用很廣泛，如用于高階函數(shù)的參數(shù)、為GUI工具包創(chuàng)建回調、重定義函數(shù)并在新實現(xiàn)中調用舊實現(xiàn)、創(chuàng)建“沙盒”安全運行環(huán)境等等。

2.2 非全局的函數(shù)

大部分Lua庫都采用了將函數(shù)存儲在table中的機制（如io.read，math.sin），例如下面采用了三種方式來定義table的成員函數(shù)：

MathLib = {
  plus = function(x, y) return x + y end
}
MathLib.minus = function(x, y) return x - y end
function MathLib.multiply(x, y) return x * y end

局部函數(shù)的定義：

local f = function(參數(shù)>) 函數(shù)體> end
local function f(參數(shù)>) 函數(shù)體> end -- Lua提供的語法糖

**注意如果定義遞歸函數(shù)，不能使用上面第一種定義方式（因為在函數(shù)體調用f時，f尚未定義完畢），使用第二種“語法糖”則沒問題；或者使用“前向聲明”，先local f再f = function ...這樣定義。

2.3 正確的尾調用

當一個函數(shù)調用時另一個函數(shù)的最后一個動作時，該調用算是一條“尾調用”，例如function f(x) return g(x) end。由于在尾調用后程序不要保存任何關于該函數(shù)的棧信息，所以遞歸調用不會耗費?？臻g，可以遞歸調用無數(shù)次。有一些看似是“尾調用”的代碼，其實都違背了這條準則：

function f(x) g(x) end  -- 調用g后，f沒有立即返回，還需要丟棄g返回的臨時結果
function f(x) return g(x) + 1  -- 還要做一次加法
function f(x) return x or g(x)  -- 必須調整為一個返回值

所以，只有形如return func>(args>)這樣的調用形式才算是尾調用。

面向對象編程
Lua中的table就是一種對象，因為它和對象一樣可以擁有狀態(tài)，也擁有一個獨立于其值的標識（一個self），也和對象一樣具有獨立于創(chuàng)建者的生命周期。但是Lua中沒有類的概念，只能用元表來實現(xiàn)原型，用原型來模擬類和繼承等面向對象特性。本文將介紹Lua關于面向對象編程的內容。

1 self與冒號語法

使用self參數(shù)是所有面向對象語言的一個核心，Lua只需使用冒號語法，就能隱藏該參數(shù)，例如下面兩段代碼是等價的。

Account = {balance=0}
funtion Account.withdraw(self, v)
  self.balance = self.balance - v
end
a1 = Account; Account = nil
a1.withdraw(a1, 100.0) -- 注意這是可以運行的

function Account:withdraw(v)
  self.balance = self.balance - v
end
a2 = Account
a2:withdraw(100.0) -- 省略了a2參數(shù)傳入

2 類的編寫

在一些基于原型的語言中，對象是沒有類型的，但每個對象都有一個原型。原型是一種常規(guī)的對象，當其他對象遇到一個未知操作時，原型會先查找它。在這種語言中要表示一個類，只需創(chuàng)建一個專用做其他對象的原型。Lua中實現(xiàn)原型很簡單，只需用元表的__index來實現(xiàn)繼承。

（當訪問一個table中不存在的字段key時，一般得到結果為nil。事實上，訪問會促使解釋器去查找一個叫__index的元方法，如果沒有這個元方法，則訪問結果如前述的nil，否則由這個元方法來提供結果。元方法除了是一個函數(shù)，還可以是一個table，如果是table則直接返回該table中key對應的內容。）

如果有兩個對象a和b，要讓b作為a的一個原型，只需setmetatable(a, {__index=b})。a就會在b中查找它沒有的操作。

function Account:new(o)
  o = o or {} -- 如果用戶沒有提供table，則創(chuàng)建一個
  setmetatable(o, self)
  self.__index = self
  return o
end

當調用a = Account:new{balance = 0}時，a會將Account（函數(shù)中的self）作為其元表。當調用a:withdraw(100.0)時，Lua無法在table a中找到條目withdraw，則進一步搜索元表的__index條目，即getmetatable(a).__index.withdraw(a, 100.0)。由于new方法中做了self.__index = self，所以上面的表達式又等價于Account.withdraw(a, 100.0)，這樣就傳入了a作為self參數(shù)，又調用了Account類的withdraw函數(shù)。這種創(chuàng)建對象的方式不僅可以作用于方法，還可以作用于所有其他新對象中沒有的字段。

3 繼承

現(xiàn)在要從Account類派生出一個子類SpecialAccount（以使客戶能夠透支），只需：

SpecialAccount = Account:new()
s = SpecialAccount:new{limit=1000.00}

SpecialAccount從Account繼承了new，當執(zhí)行SpecialAccount:new時，其self參數(shù)為SpecialAccount，因此s的元表為SpecialAccount。當調用s不存在的字段時，會向上查找，也可以編寫新的重名方法覆蓋父類方法。

4 多重繼承

上面介紹中為__index元方法賦值一個table實現(xiàn)了單繼承，如果要實現(xiàn)多重繼承，可以讓__index字段成為一個函數(shù)，在該函數(shù)中搜索多個基類的方法字段。由于這種搜索具有一定復雜性，多重繼承的性能不如單一繼承。還有一種改進性能的簡單做法是將繼承的方法復制到子類中，但這種做法的缺點是當系統(tǒng)運行后就較難修改方法的定義，因為這些修改不會沿著繼承體系向下傳播。

5 私密性

Lua在設計對象時，沒有提供私密性機制（private），但其各種元機制使得程序員可以模擬對象的訪問控制。這種實現(xiàn)不常用，因此只做基本的了解：通過兩個table來表示一個對象，一個用來保存對象的狀態(tài)，一個用于對象的操作（即接口）。

function newAccount(initialBalance)
  local self = {balance = initialBalance}
  local withdraw = function(v)
    self.balance = self.balance -v
  end
  return {
    withdraw = withdraw
  }
end

通過閉包的方式，將具有私密性的字段（如balance）保存在self table中，并只公開了withdraw接口，這樣就能實現(xiàn)私密性機制。