Lua 面向对象 - LUA教程

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Lua 面向对象

面向对象编程（Object Oriented Programming，OOP）是一种非常流行的计算机编程架构，通过创建和操作对象来设计应用程序。

以下几种编程语言都支持面向对象编程：

  • C++
  • Java
  • Objective-C
  • Smalltalk
  • C#
  • Ruby

Lua 是一种轻量级的脚本语言，虽然它不像 Java 或 C++ 那样内置强大的面向对象（OO）特性，但它非常灵活，可以通过一些技巧实现面向对象编程。

面向对象特征

  • 封装 ：将数据和方法捆绑在一起，隐藏实现细节，只暴露必要的接口，提高安全性和可维护性。

  • 继承 ：通过派生新类复用和扩展现有代码，减少重复编码，提高开发效率和可扩展性。

  • 多态 ：同一操作作用于不同对象时表现不同，支持统一接口调用，增强灵活性和扩展性。

  • 抽象 ：简化复杂问题，定义核心类和接口，隐藏不必要的细节，便于管理复杂性。

Lua 中面向对象

我们知道，对象由属性和方法组成。

Lua 中的类可以通过 table + function 模拟出来。

至于继承，可以通过 metetable 模拟出来（不推荐用，只模拟最基本的对象大部分实现够用了）。

在 Lua 中，最基本的结构是 table，我们可以使用表（table）来创建对象。 

ClassName = {}  -- 创建一个表作为类

通过 new 方法（或其他名称）创建对象，并初始化对象的属性。 


function ClassName:new(...)

    local obj = {}  -- 创建一个新的空表作为对象

    setmetatable(obj, self)  -- 设置元表，使对象继承类的方法

    self.__index = self  -- 设置索引元方法

    -- 初始化对象的属性

    obj:init(...)  -- 可选：调用初始化函数

    return obj

end

表（table）是 Lua 中最基本的复合数据类型，可以用来表示对象的属性。

Lua 中的 function 可以用来表示方法： 


function ClassName:sayHello()

    print("Hello, my name is " .. self.name)

end

使用 new 方法来创建对象，并通过对象调用类的方法。 


local obj = ClassName:new("Alice")  -- 创建对象

obj:sayHello()  -- 调用对象的方法

在 Lua 中，表（table）可以视为对象的一种变体。和对象一样，表具有状态（成员变量），并且可以代表独立的实体。

表不仅具有数据成员，还可以包含与对象方法类似的成员函数：

示例代码 
-- 定义 Person 类Person={name="",age=0}-- Person 的构造函数functionPerson:new(name,age)localobj={}-- 创建一个新的表作为对象setmetatable(obj,self)-- 设置元表，使其成为 Person 的实例self.__index=self-- 设置索引元方法，指向 Personobj.name=nameobj.age=agereturnobjend-- 添加方法：打印个人信息functionPerson:introduce()print("My name is "..self.name.." and I am "..self.age.." years old.")end

代码说明:

  • Person 是一个表，它有两个属性：name 和 age，这两个属性是类的默认属性。
  • Person:new(name, age) 是一个构造函数，用来创建新的 Person 对象。
  • local obj = {} 创建一个新的表作为对象，setmetatable(obj, self) 设置元表，使得该表成为 Person 类的实例。
  • self.__index = self 设置索引元方法，使得 obj 可以访问 Person 类的属性和方法。
  • introduce 是 Person 类的方法，打印该 Person 对象的名字和年龄。

调用方法: 

-- 创建一个 Person 对象

local person1 = Person:new("Alice", 30)



-- 调用对象的方法

person1:introduce()  -- 输出 "My name is Alice and I am 30 years old."

一个简单实例

以下简单的类包含了三个属性： area, length 和 breadth，printArea方法用于打印计算结果：

示例代码 
-- 定义矩形类Rectangle={area=0,length=0,breadth=0}-- 创建矩形对象的构造函数functionRectangle:new(o,length,breadth)o=oor{}-- 如果未传入对象，创建一个新的空表setmetatable(o,self)-- 设置元表，使其继承 Rectangle 的方法self.__index=self-- 确保在访问时能找到方法和属性o.length=lengthor0-- 设置长度，默认为 0o.breadth=breadthor0-- 设置宽度，默认为 0o.area=o.length*o.breadth-- 计算面积returnoend-- 打印矩形的面积functionRectangle:printArea()print("矩形面积为 ",self.area)end

创建对象

创建对象是为类的实例分配内存的过程，每个类都有属于自己的内存并共享公共数据： 


r = Rectangle:new(nil,10,20)

访问属性

我们可以使用点号 . 来访问类的属性： 


print(r.length)

访问成员函数

我们可以使用冒号 : 来访问类的成员函数： 


r:printArea()

内存在对象初始化时分配。

完整实例

以下我们演示了 Lua 面向对象的完整实例：

示例代码 
-- 定义矩形类Rectangle={area=0,length=0,breadth=0}-- 创建矩形对象的构造函数functionRectangle:new(o,length,breadth)o=oor{}-- 如果未传入对象，创建一个新的空表setmetatable(o,self)-- 设置元表，使其继承 Rectangle 的方法self.__index=self-- 确保在访问时能找到方法和属性o.length=lengthor0-- 设置长度，默认为 0o.breadth=breadthor0-- 设置宽度，默认为 0o.area=o.length*o.breadth-- 计算面积returnoend-- 打印矩形的面积functionRectangle:printArea()print("矩形面积为 ",self.area)end-- 运行实例：localrect1=Rectangle:new(nil,5,10)-- 创建一个长为 5，宽为 10 的矩形rect1:printArea()-- 输出 "矩形面积为 50"localrect2=Rectangle:new(nil,7,3)-- 创建一个长为 7，宽为 3 的矩形rect2:printArea()-- 输出 "矩形面积为 21"

执行以上程序，输出结果为： 


矩形面积为      50

矩形面积为      21

Lua 继承

继承是指一个对象直接使用另一对象的属性和方法，可用于扩展基础类的属性和方法。

Lua 中的继承通过设置子类的元表来实现。

我们可以创建一个新表，并将其元表设置为父类。

以下实例 Square 类将继承 Rectangle 类的属性和方法，并在其基础上做出改动。

示例代码 
-- 定义矩形类Rectangle={area=0,length=0,breadth=0}-- 创建矩形对象的构造函数functionRectangle:new(o,length,breadth)o=oor{}-- 如果未传入对象，创建一个新的空表setmetatable(o,self)-- 设置元表，使其继承 Rectangle 的方法self.__index=self-- 确保在访问时能找到方法和属性o.length=lengthor0-- 设置长度，默认为 0o.breadth=breadthor0-- 设置宽度，默认为 0o.area=o.length*o.breadth-- 计算面积returnoend-- 打印矩形的面积functionRectangle:printArea()print("矩形面积为 ",self.area)end-- 定义正方形类，继承自矩形类Square=Rectangle:new()-- Square 继承 Rectangle 类-- 重写构造函数（正方形的边长相等）functionSquare:new(o,side)o=oor{}-- 如果未传入对象，创建一个新的空表setmetatable(o,self)-- 设置元表，使其继承 Rectangle 的方法self.__index=self-- 确保在访问时能找到方法和属性o.length=sideor0-- 设置边长o.breadth=sideor0-- 正方形的宽度和长度相等o.area=o.length*o.breadth-- 计算面积returnoend-- 运行实例：localrect=Rectangle:new(nil,5,10)-- 创建一个长为 5，宽为 10 的矩形rect:printArea()-- 输出 "矩形面积为 50"localsquare=Square:new(nil,4)-- 创建一个边长为 4 的正方形square:printArea()-- 输出 "矩形面积为 16"

Rectangle 类 ：依然是矩形的基本类，拥有 length 、 breadth 和 area 属性，以及计算和打印面积的方法。

Square 类继承自 Rectangle ： Square 类通过 Rectangle:new() 来继承 Rectangle 类的方法和属性。由于正方形的长度和宽度相等，我们在 Square:new 方法中重写了构造函数，将 length 和 breadth 设置为相同的值（即 side ）。

重写构造函数 ： Square:new(o, side) 方法创建正方形对象时，使用传入的边长 side 初始化 length 和 breadth 属性，并计算面积。

运行结果： 


矩形面积为  50

矩形面积为  16

函数重写

在 Lua 中，函数重写（也称为方法重写）指的是在继承过程中，子类对父类中已有方法的重新定义或替换。

子类可以根据需要修改或扩展父类的方法行为。

以上实例中 Square 类重写了 Rectangle 类的构造函数，从而改变了对象的初始化方式，特别是将矩形的 length 和 breadth 设为相同的值，因为正方形的特性是边长相等。

接下来我们通过一个 Animal 类和一个继承自它的 Dog 类，展示如何重写方法。

示例代码 
-- 定义动物类（Animal）Animal={name="Unknown"}-- Animal 类的构造函数functionAnimal:new(o,name)o=oor{}-- 如果没有传入对象，则创建一个新的空表setmetatable(o,self)-- 设置元表，使其继承 Animal 的方法self.__index=self-- 让对象可以访问 Animal 的方法o.name=nameor"Unknown"-- 设置名称，默认为 "Unknown"returnoend-- Animal 类的方法：叫声functionAnimal:speak()print(self.name.." makes a sound.")end-- 定义狗类（Dog），继承自 AnimalDog=Animal:new()-- Dog 继承 Animal 类-- 重写狗类的构造函数functionDog:new(o,name,breed)o=oor{}-- 如果没有传入对象，则创建一个新的空表setmetatable(o,self)-- 设置元表，使其继承 Dog 和 Animal 的方法self.__index=self-- 让对象可以访问 Dog 的方法o.name=nameor"Unknown"o.breed=breedor"Unknown"returnoend-- 重写狗类的叫声方法（重写 Animal 的 speak 方法）functionDog:speak()print(self.name.." barks.")end-- 创建 Animal 对象localanimal=Animal:new(nil,"Generic Animal")animal:speak()-- 输出 "Generic Animal makes a sound."-- 创建 Dog 对象localdog=Dog:new(nil,"Buddy","Golden Retriever")dog:speak()-- 输出 "Buddy barks."

  • Animal 类 ：定义了一个基础类 Animal ，具有 name 属性和 speak 方法。 speak 方法是一个默认的实现，输出"某个动物发出声音"。

  • Dog 类继承 Animal ： Dog 类继承自 Animal ，并通过 Dog:new() 方法创建自己的实例。

  • 重写 speak 方法 ：在 Dog 类中，重写了 speak 方法，将其行为从父类的"发出声音"改为"狗狗叫"。这就是方法重写的体现，子类（ Dog ）改变了父类（ Animal ）方法的行为。

运行结果： 


Generic Animal makes a sound.

Buddy barks.

多态

Lua 的多态性通过元表和方法重写实现。当不同类型的对象调用相同的方法时，Lua 会根据对象的实际类型执行不同的方法。

示例代码 
-- 定义一个"类"（实际上是一个表）Person={}-- 为"类"添加一个构造函数functionPerson:new(name,age)localobj={}-- 创建一个新的表作为对象setmetatable(obj,self)-- 设置元表，表示它是Person类的实例self.__index=self-- 设置索引元方法，指向Personobj.name=nameobj.age=agereturnobjend-- 添加方法functionPerson:greet()print("Hello, my name is "..self.name)end-- 定义一个子类 Student 继承自 PersonStudent=Person:new()-- 子类重写父类的方法functionStudent:greet()print("Hi, I'm a student and my name is "..self.name)endlocalperson2=Person:new("Charlie",25)localstudent2=Student:new("David",18)-- 多态：不同类型的对象调用相同的方法person2:greet()-- 输出 "Hello, my name is Charlie"student2:greet()-- 输出 "Hi, I'm a student and my name is David"

尽管 person2 和 student2 调用了同一个 greet 方法，但由于它们的类型不同，Lua 会调用各自适合的版本。

运行结果： 

Hello, my name is Charlie

Hi, I'm a student and my name is David

其他面向对象的概念

封装

封装通常通过将数据和方法封装在一个表中实现。我们可以通过控制表的访问权限来模拟封装，例如使用 metamethods 来限制外部访问。

示例代码 
-- 定义一个"类"（实际上是一个表）Person={}-- 添加封装：隐藏属性functionPerson:new(name,age)localobj={}setmetatable(obj,self)self.__index=selfobj.name=nameobj.age=agereturnobjendfunctionPerson:setName(name)self.name=name-- 提供方法来修改 nameendfunctionPerson:getName()returnself.name-- 提供方法来获取 nameend

通过这种方式，我们可以控制属性的访问，模拟封装。

抽象

抽象指的是简化复杂的事物，将不需要的细节隐藏。虽然 Lua 本身没有类的概念，但我们可以通过封装来达到抽象的目的。

示例代码 
-- 只暴露接口，不暴露实现细节functionPerson:showInfo()print("Name: "..self.name)print("Age: "..self.age)end