[Lua] 探讨类与对象机制的实现、并实现抽象工厂模式
所有类的基类 Object
Lua 没有严格的 oo(Object-Oriented)定义,可以利用元表特性来实现
先定义所有类的基类,即Object
类。代码顺序从上到下,自成一体。完整代码
定义一个空表 Object
,__index
指向其自身(继承将直接使用该表作为对象的元表)
Object = {}
Object.__index = Object
new
定义构造对象时的初始化行为,相当于构造器。基类不需要进行任何初始化操作
function Object:new()
end
extend
实现了类继承,具体流程
- 创建一个空表
cls
,作为类 - 我们将父类的元方法全部复制给子类 ⭐为什么
- 子类的
__index
指向其自身(子类可被继承)(覆盖了父类复制给子类的__index
) - 子类的
super
字段指向父类 - 子类的元表指向父类(子类)
function Object:extend()
local cls = {}
for k, v in pairs(self) do
if k:find("__") == 1 then
cls[k] = v
end
end
cls.__index = cls
cls.super = self
setmetatable(cls, self)
return cls
end
implement
用于实现接口类,可传入多个接口
- 遍历每个接口
cls
- 当前对象如果没有实现接口类的某个方法,则将该方法的实现从接口类复制给对象
function Object:implement(...)
for _, cls in pairs({ ... }) do
for k, v in pairs(cls) do
if self[k] == nil and type(v) == "function" then
self[k] = v
end
end
end
end
is
用于判断某个类或对象实例是否是另一个类
- 循环拿元表,直到没有为止,最后一个元表一定是 Object
function Object:is(T)
local mt = getmetatable(self)
while mt do
if mt == T then
return true
end
mt = getmetatable(mt)
end
return false
end
__tostring
用于对象 print
或 tostring
时自定义字符串化
function Object:__tostring()
return "Object"
end
直接用类名称,来实现一个对象的实例化。__call
可以把变量当函数使用,比如Car
类(变量),local mycar = Car()
,生成了一个对象实例myCar
,属于类Car
- 创建一个对象(空表),并把自身(类)作为对象的元表
- 执行构造器,由于对象是空表找不到,所以通过元表的
__index
也就是去父类找 - 返回初始化好的对象实例
function Object:__call(...)
local obj = setmetatable({}, self)
obj:new(...)
return obj
end
全局函数 unrealized
用于模拟接口或抽象类未定义的方法,子类未实现时会寄
function unrealized(...)
error("未实现", 2)
end
到现在为止已经模拟了一个单继承OO,在需要的地方导入模块,使用 Object
和 unrealized
这两个全局变量
实验-抽象工厂
接下来实现抽象工厂模式。抽象工厂能创建一系列相关的对象,而无需指定其具体类。
考虑如下情况,有多类敌人(正方形、圆形、长条),敌人初始化是两种状态的一种(正常状态,厚血状态),且后期敌人和状态种类还会增多
我们先定义敌人抽象类
Enemy = Object:extend()
Enemy.draw = unrealized
Enemy.new = function(self)
self.hp = 100
end
然后定义继承抽象类Enemy
的抽象类SquareEnemy
,与继承抽象类SquareEnemy
的两个普通类SquareEnemyWhite
、SquareEnemyRed
。圆形敌人跟长条敌人同理。
SquareEnemy = Enemy:extend()
SquareEnemy.new = function(self, x, y, w)
SquareEnemy.super.new(self)
self.x = x
self.y = y
self.w = w
end
SquareEnemyWhite = SquareEnemy:extend()
SquareEnemyWhite.draw = function(self)
love.graphics.setColor(1, 1, 1)
love.graphics.rectangle("fill", self.x, self.y, self.w, self.w)
end
SquareEnemyRed = SquareEnemy:extend()
SquareEnemyRed.new = function(self, ...)
SquareEnemyRed.super.new(self, ...)
self.hp = 200
end
SquareEnemyRed.draw = function(self)
love.graphics.setColor(1, 0, 0)
love.graphics.rectangle("fill", self.x, self.y, self.w, self.w)
end
定义工厂接口,在这里接口算是一种特殊的抽象类(由于只能用表来模拟接口,所以让接口也继承Objcet)
IFactory = Object:extend()
IFactory.circleEnemy = unrealized
IFactory.squareEnemy = unrealized
IFactory.barEnemy = unrealized
分别实现白色工厂和红色工厂(如果没有额外的创建操作,可以不用return)
WhiteFactory = Object:extend()
WhiteFactory:implement(IFactory)
WhiteFactory.circleEnemy = function(...)
return CircleEnemyWhite(...)
end
WhiteFactory.squareEnemy = function(...)
return SquareEnemyWhite(...)
end
WhiteFactory.barEnemy = function(...)
return BarEnemyWhite(...)
end
RedFactory = Object:extend()
RedFactory:implement(IFactory)
RedFactory.circleEnemy = function(...)
return CircleEnemyRed(...)
end
RedFactory.squareEnemy = function(...)
return SquareEnemyRed(...)
end
RedFactory.barEnemy = function(...)
return BarEnemyRed(...)
end
接下来测试抽象工厂
require 'oo'
require 'enemy.aac'
require 'enemy.bar'
require 'enemy.circle'
require 'enemy.square'
require 'factory.aac'
require 'factory.red_factory'
require 'factory.white_factory'
enemies = {}
love.load = function()
IFactory = WhiteFactory()
table.insert(enemies, IFactory.circleEnemy(100, 100, 25))
table.insert(enemies, IFactory.squareEnemy(100, 200, 25))
table.insert(enemies, IFactory.barEnemy(100, 300, 10, 50))
IFactory = RedFactory()
table.insert(enemies, IFactory.circleEnemy(200, 100, 25))
table.insert(enemies, IFactory.squareEnemy(200, 200, 25))
table.insert(enemies, IFactory.barEnemy(200, 300, 10, 50))
for _, enemy in pairs(enemies) do
print(enemy.hp)
end
end
love.draw = function()
for _, enemy in ipairs(enemies) do
enemy:draw()
end
end
![image-20230825195416157](https://linxiaoxu.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/static/pic/2023/08/20230825195420_image-20230825195416157.png)
参考资料
- 《Lua程序设计·第四版》罗伯托·耶鲁萨林斯希 、第227~241页
其它
oo.lua
Object = {}
Object.__index = Object
function Object:new()
end
function Object:extend()
local cls = {}
for k, v in pairs(self) do
if k:find("__") == 1 then
cls[k] = v
end
end
cls.__index = cls
cls.super = self
setmetatable(cls, self)
return cls
end
function Object:implement(...)
for _, cls in pairs({ ... }) do
for k, v in pairs(cls) do
if self[k] == nil and type(v) == "function" then
self[k] = v
end
end
end
end
function Object:is(T)
local mt = getmetatable(self)
while mt do
if mt == T then
return true
end
mt = getmetatable(mt)
end
return false
end
function Object:__tostring()
return "Object"
end
function Object:__call(...)
local obj = setmetatable({}, self)
obj:new(...)
return obj
end
function unrealized(...)
error("未实现", 3)
end
-- return Object
QUESTION1
如果不复制元方法,假设类B继承类A,类B的对象实例b,b的元表是类B,在调用 b + b 时,涉及到算术运算符相关的元方法,b会在父类B中查找__add
,找不到并不会顺着B的元表__index
再去B的父类A找,因此会报错
A = {
__index = A,
__add = function(a, b)
return a.age + b.age
end,
name = "小白"
}
B = { __index = B, }
b = { __index = b, age = 1 }
setmetatable(B, A)
setmetatable(b, B)
print(b.name)
print(b + b)
--[[
> dofile 'TEST/test.lua'
小白
TEST/test.lua:15: attempt to perform arithmetic on a table value (global 'b')
stack traceback:
TEST/test.lua:15: in main chunk
[C]: in function 'dofile'
stdin:1: in main chunk
[C]: in ?
]]