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[Lua] 如何模拟单继承OO、实现抽象工厂

来源：博客园

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


【资料图】

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 clsend

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  endend

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 falseend

__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 objend

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 = unrealizedEnemy.new = function(self)  self.hp = 100end

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 = wendSquareEnemyWhite = SquareEnemy:extend()SquareEnemyWhite.draw = function(self)  love.graphics.setColor(1, 1, 1)  love.graphics.rectangle("fill", self.x, self.y, self.w, self.w)endSquareEnemyRed = SquareEnemy:extend()SquareEnemyRed.new = function(self, ...)  SquareEnemyRed.super.new(self, ...)  self.hp = 200endSquareEnemyRed.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 = unrealizedIFactory.squareEnemy = unrealizedIFactory.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(...)endWhiteFactory.squareEnemy = function(...)  return SquareEnemyWhite(...)endWhiteFactory.barEnemy = function(...)  return BarEnemyWhite(...)endRedFactory = Object:extend()RedFactory:implement(IFactory)RedFactory.circleEnemy = function(...)  return CircleEnemyRed(...)endRedFactory.squareEnemy = function(...)  return SquareEnemyRed(...)endRedFactory.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)  endendlove.draw = function()  for _, enemy in ipairs(enemies) do    enemy:draw()  endend

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 = Objectfunction Object:new()endfunction 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 clsendfunction 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  endendfunction Object:is(T)  local mt = getmetatable(self)  while mt do    if mt == T then      return true    end    mt = getmetatable(mt)  end  return falseendfunction Object:__tostring()  return "Object"endfunction Object:__call(...)  local obj = setmetatable({}, self)  obj:new(...)  return objendfunction 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 ?]]

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