Lua教程（十二）：面向对象编程

Lua中的table就是一种对象，但是如果直接使用仍然会存在大量的问题，见如下代码：

 Account = {balance = 0}
 function Account.withdraw(v)
     Account.balance = Account.balance - v
 end

--下面是测试调用函数

Account.withdraw(100.00)

在上面的withdraw函数内部依赖了全局变量Account，一旦该变量发生改变，将会导致withdraw不再能正常的工作，如：

 a = Account; Account = nil
 a.withdraw(100.00)  --将会导致访问空nil的错误。

这种行为明显的违反了面向对象封装性和实例独立性。要解决这一问题，我们需要给withdraw函数在添加一个参数self，他等价于Java/C++中的this，见如下修改：

 function Account.withdraw(self,v)
     self.balance = self.balance - v
 end
 --下面是基于修改后代码的调用：
 a1 = Account; Account = nil
 a1.withdraw(a1,100.00)  --正常工作

针对上述问题，Lua提供了一种更为便利的语法，即将点(.)替换为冒号(:)，这样可以在定义和调用时均隐藏self参数，如:

 function Account:withdraw(v)
     self.balance = self.balance - v
 end

 --调用代码可改为：

 a:withdraw(100.00)

1. 类：

Lua在语言上并没有提供面向对象的支持，因此想实现该功能，我们只能通过table来模拟，见如下代码及关键性注释：

--[[
在这段代码中，我们可以将Account视为class的声明，如Java中的：
public class Account 
{
    public float balance = 0;
    public Account(Account o);
    public void deposite(float f);
}
--]]
--这里balance是一个公有的成员变量。
Account = {balance = 0}
--new可以视为构造函数
function Account:new(o)
    o = o or {} --如果参数中没有提供table，则创建一个空的。
    --将新对象实例的metatable指向Account表(类)，这样就可以将其视为模板了。
    setmetatable(o,self)
    --在将Account的__index字段指向自己，以便新对象在访问Account的函数和字段时，可被直接重定向。
    self.__index = self
    --最后返回构造后的对象实例
    return o
end
 
--deposite被视为Account类的公有成员函数
function Account:deposit(v)
    --这里的self表示对象实例本身
    self.balance = self.balance + v
end
 
--下面的代码创建两个Account的对象实例
 
--通过Account的new方法构造基于该类的示例对象。
a = Account:new()
--[[

这里需要具体解释一下，此时由于table a中并没有deposite字段，因此需要重定向到Account，

同时调用Account的deposite方法。在Account.deposite方法中，由于self(a对象)并没有balance

字段，因此在执行self.balance + v时，也需要重定向访问Account中的balance字段，其缺省值为0。

在得到计算结果后，再将该结果直接赋值给a.balance。此后a对象就拥有了自己的balance字段和值。

下次再调用该方法，balance字段的值将完全来自于a对象，而无需在重定向到Account了。

--]]

a:deposit(100.00)
print(a.balance) --输出100
 
b = Account:new()
b:deposit(200.00)
print(b.balance) --输出200

2. 继承：

继承也是面向对象中一个非常重要的概念，在Lua中我们仍然可以像模拟类那样来进一步实现面向对象中的继承机制，见如下代码及关键性注释：

--需要说明的是，这段代码仅提供和继承相关的注释，和类相关的注释在上面的代码中已经给出。

Account = {balance = 0}
function Account:new(o)
    o = o or {}
    setmetatable(o,self)
    self.__index = self
    return o
end
 
function Account:deposit(v)
    self.balance = self.balance + v
end
 
function Account:withdraw(v)
    if v > self.balance then
        error("Insufficient funds")
    end
    self.balance = self.balance - v
end
 
--下面将派生出一个Account的子类，以使客户可以实现透支的功能。
SpecialAccount = Account:new()  --此时SpecialAccount仍然为Account的一个对象实例
 
--派生类SpecialAccount扩展出的方法。
--下面这些SpecialAccount中的方法代码(getLimit/withdraw)，一定要位于SpecialAccount被Account构造之后。
function SpecialAccount:getLimit()
    --此时的self将为对象实例。
    return self.limit or 0
end
 
--SpecialAccount将为Account的子类，下面的方法withdraw可以视为SpecialAccount
--重写的Account中的withdraw方法，以实现自定义的功能。
function SpecialAccount:withdraw(v)
    --此时的self将为对象实例。
    if v - self.balance >= self:getLimit() then
        error("Insufficient funds")
    end
    self.balance = self.balance - v
end
 
--在执行下面的new方法时，table s的元表已经是SpecialAccount了，而不再是Account。
s = SpecialAccount:new{limit = 1000.00}
--在调用下面的deposit方法时，由于table s和SpecialAccount均未提供该方法，因此访问的仍然是
--Account的deposit方法。
s:deposit(100)
 
--此时的withdraw方法将不再是Account中的withdraw方法，而是SpecialAccount中的该方法。
--这是因为Lua先在SpecialAccount(即s的元表)中找到了该方法。
s:withdraw(200.00)
print(s.balance) --输出-100

3. 私密性：

私密性对于面向对象语言来说是不可或缺的，否则将直接破坏对象的封装性。Lua作为一种面向过程的脚本语言，更是没有提供这样的功能，然而和模拟支持类与继承一样，我们仍然可以在Lua中通过特殊的编程技巧来实现它，这里我们应用的是Lua中的闭包函数。该实现方式和前面两个示例中基于元表的方式有着很大的区别，见如下代码示例和关键性注释：

--这里我们需要一个闭包函数作为类的创建工厂

function newAccount(initialBalance)
    --这里的self仅仅是一个普通的局部变量，其含义完全不同于前面示例中的self。
    --这里之所以使用self作为局部变量名，也是为了方便今后的移植。比如，以后
    --如果改为上面的实现方式，这里应用了self就可以降低修改的工作量了。
    local self = {balance = initialBalance} --这里我们可以将self视为私有成员变量
    local withdraw = function(v) self.balance = self.balance - v end
    local deposit = function(v) self.balance = self.balance + v end
    local getBalance = function() return self.balance end
    --返回对象中包含的字段仅仅为公有方法。事实上，我们通过该种方式，不仅可以实现
    --成员变量的私有性，也可以实现方法的私有性，如：
    --local privateFunction = function() --do something end
    --只要我们不在输出对象中包含该方法的字段即可。
    return {withdraw = withdraw, deposit = deposit, getBalance = getBalance}
end
--和前面两个示例不同的是，在调用对象方法时，不再需要self变量，因此我们可以直接使用点(.)，
--而不再需要使用冒号(:)操作符了。
accl = newAccount(100.00)
--在函数newAccount返回之后，该函数内的“非局部变量”表self就不再能被外部访问了，只能通过
--该函数返回的对象的方法来操作它们。
accl.withdraw(40.00)
print(acc1.getBalance())

事实上，上面的代码只是给出一个简单的示例，在实际应用中，我们可以将更多的私有变量存放于上例的局部self表中。