[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

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 ?
]]

点我返回