3. 函數與面向對象 · Lua編程入門

## 變量聲明與 C 語言的不同 Lua 中有一個常見的用法，不論變量、函數都可以用下面這種方法保存到局部變量中（同時加快訪問速度）： ~~~ local foo = foo ~~~ 書里加了個括號來解釋這種寫法： > The local foo becomes visible only after its declaration. 這一點需要瞎扯的是 C 語言里相應的東西。 ~~~ int foo = 12; int bar = 6; void foobar(void) { int foo = foo; int bar[bar]; } ~~~ 與 Lua 不同，在 C 語言中初始賦值是聲明之后的事情。所以這里函數 foobar 中的 foo 會被初始化為自己（而不是全局的 foo，所以值不確定），bar 卻被合法地定義為一個含有 6 個元素的數組。 ## 看似多余的限制另一個有趣的現象是在 4.4 節中說到： > For syntactic reasons, a break or return can appear only as the last statement of a block; in other words, as the last statement in your chunk or just before an end, an else, or an until. 乍一看覺得加上這個限制真是麻煩，但想想這不正是 break/return 的正確用法么？因為其后的語句都永遠不會被執行到，所以如果不是在塊的最后寫 break/return 是毫無意義的（調試除外）。雖然看上去是挺多余的一段話，但也算是說出了事物的本源。 ## 函數的本質第六章 More About Functions 中說到我們平時在 Lua 中寫的函數聲明 ~~~ function foo (x) return 2*x end ~~~ 其實是一種語法糖，本質上我們可以把它寫成如下代碼： ~~~ foo = function (x) return 2*x end ~~~ 于是也就可以說 * Lua 中的所有函數都是匿名函數，之前所謂「具名函數」只是保存了某個匿名函數的變量罷了。 * Lua 中的函數聲明其實只是一個語句而已。 ## 終于有用的知識在第 47 頁看到了一段令人淚流滿面的代碼和運行結果： ~~~ function derivative (f, delta) delta = delta or 1e-4 return function (x) return (f(x + delta) - f(x))/delta end end c = derivative(math.sin) print(math.cos(10), c(10)) --> -0.83907152907645 -0.83904432662041 ~~~ 最初我并不知道 derivative 是什么意思，但看了示例代碼和運行結果，頓時恍然大悟：這貨不就是導數嗎？ ## 沙盒 ### 背景知識 Lua 給我的感覺是：各種內置函數和標準庫的存在感都是比較強的。如果執行這句： ~~~ for name in pairs(_G) do print(_G) end ~~~ 就會把各種環境中已存在名稱的打印出來： * 全局變量：比如字符串 _VERSION。 * 內置函數：比如 print、tonumber、dofile 之類。 * 模塊名稱：比如 string、io、coroutine 之類。這里的全局變量 _G 就是存放環境的表（于是會有 _G 中存在著 _G._G 的遞歸）。于是，平時對于全局變量的訪問就可以等同于對 _G 表進行索引： ~~~ value = _G[varname] --> value = varname _G[varname] = value --> varname = value ~~~ ### 改變函數的環境函數的上下文環境可以通過 setfenv(f, table) 函數改變，其中 table 是新的環境表，f 表示需要被改變環境的函數。如果 f 是數字，則將其視為堆棧層級（Stack Level），從而指明函數（1 為當前函數，2 為上一級函數）： ~~~ a = 3 -- 全局變量 a setfenv(1, {}) -- 將當前函數的環境表改為空表 print(a) -- 出錯，因為當前環境表中 print 已經不存在了 ~~~ 沒錯，不僅是 a 不存在，連 print 都一塊兒不存在了。如果需要引用以前的 print 則需要在新的環境表中放入線索： ~~~ a = 3 setfenv(1, { g = _G }) g.print(a) -- 輸出 nil g.print(g.a) -- 輸出 3 ~~~ ### 沙盒于是，出于安全或者改變一些內置函數行為的目的，需要在執行 Lua 代碼時改變其環境時便可以使用 setfenv 函數。僅將你認為安全的函數或者新的實現加入新環境表中： ~~~ local env = {} -- 沙盒環境表，按需要添入允許的函數 function run_sandbox(code) local func, message = loadstring(code) if not func then return nil, message end -- 傳入代碼本身錯誤 setfenv(func, env) return pcall(func) end ~~~ ### Lua 5.2 的 _ENV 變量 Lua 5.2 中所有對全局變量 var 的訪問都會在語法上翻譯為 _ENV.var。而 _ENV 本身被認為是處于當前塊外的一個局部變量。（于是只要你自己定義一個名為 _ENV 的變量，就自動成為了其后代碼所處的「環境」（enviroment）。另有一個「全局環境」（global enviroment）的概念，指初始的 _G 表。） Lua 的作者之一 Roberto Ierusalimschy 同志在介紹 Lua 5.2 時說： > the new scheme, with _ENV, allows the main benefit of setfenv with a little more than syntactic sugar. 就我的理解來說，優點就是原先虛無縹緲只能通過 setfenv、getfenv 訪問的所謂「環境」終于實體化為一個始終存在的變量 _ENV 了。于是以下兩個函數內容大致是一樣的： ~~~ -- Lua 5.1 function foobar() setfenv(1, {}) -- code here end -- Lua 5.2 function foobar() local _ENV = {} -- code here end ~~~ 而更進一步的是，5.2 中對 load 函數作出了修改。（包括但不限于 :)）合并了 loadstring 功能，并可以在參數中指定所使用的環境表： ~~~ local func, message = load(code, nil, "t", env) ~~~ ## 面向對象沒錯，Lua 中只存在表（Table）這么唯一一種數據結構，但依舊可以玩出面向對象的概念。 ### 添加成員函數好吧，如果熟悉 C++ 還是很好理解類似的進化過程的：如果說 struct 里可以添加函數是從 C 過渡到 C++ 的第一認識的話，為 Table 添加函數也可以算是認識 Lua 是如何面向對象的第一步吧。 ~~~ player = { health = 200 } --> 一個普通的 player 表，這里看作是一個對象 function takeDamage(self, amount) self.health = self.health - amount end takeDamage(player, 20) --> 調用 ~~~ 如何將獨立的 takeDamage 塞進 player 中咧？答案是直接定義進去： ~~~ player = { health = 200 } function player.takeDamage(self, amount) self.health = self.health - amount end player.takeDamage(player, 20) --> 調用 ~~~ 這樣就相當于在 player 表中添加了一個叫做 takeDamage 的字段，和下面的代碼是一樣的： ~~~ player = { health = 200, takeDamage = function(self, amount) --> Lua 中的函數是 first-class value self.health = self.health - amount end } player.takeDamage(player, 20) --> 調用 ~~~ 調用時的 player.takeDamage(player, 20) 稍顯不和諧（據說用術語叫做 DRY），于是就要出動「冒號操作符」這個專門為此而生的語法糖了： ~~~ player:takeDamage(20) --> 等同于 player.takeDamage(player, 20) function player:takeDamage(amount) --> 等同于 function player.takeDamage(self, amount) ~~~ ### 從對象升華到類類的意義在于提取一類對象的共同點從而實現量產（我瞎扯的 >_<）。同樣木有 Class 概念的 Javascript 使用 prototype 實現面向對象，Lua 則通過 Metatable 實現與 prototype 類似的功能。 ~~~ Player = {} function Player:create(o) --> 參數 o 可以暫時不管 o = o or { health = 200 } --> Lua 的 or 與一般的 || 不同，如果非 nil 則返回該非 nil 值 setmetatable(o, self) self.__index = self return o end function Player:takeDamage(amount) self.health = self.health - amount end playerA = Player:create() --> 參數 o 為 nil playerB = Player:create() playerA:takeDamage(20) playerB:takeDamage(40) ~~~ 顧名思義 Metatable 也是一個 Table，可以通過在其中存放一些函數（稱作 metamethod）從而修改一些默認的求值行為（如何顯示為字符串、如何相加、如何連接、如何進行索引）。Metatable 的 __index 域設置了「如何進行索引」的方法。例如調用 foo.bar 時，如果在 foo 中沒有找到名為 bar 的域時，則會調用 Metatable：__index(foo, bar)。于是： ~~~ playerA:takeDamage(20) ~~~ 因為在 playerA 中并不存在 takeDamge 函數，于是求助于 Metatable： ~~~ getmetatable(playerA).__index.takeDamage(playerA, 20) ~~~ 帶入 Metatable 后： ~~~ Player.__index.takeDamage(playerA, 20) ~~~ 因為 Player 的 __index 在 create 時被指定為 self，所以最終變為： ~~~ Player.takeDamage(playerA, 20) ~~~ 于是 takeDamage 的 self 得到了正確的對象 playerA。 ### 繼承繼承是面向對象的一大特性，明白了如何創建「類」，那么繼承也就比較明了了，還記得大明湖畔的參數 o 么？ ~~~ RMBPlayer = Player:create() function RMBPlayer:broadcast(message) --> 為子類添加新的方法 print(message) end function RMBPlayer:takeDamage(amount) --> 子類重載父類方法 self.health = self.health - amount / (self.money / 100) end vip = RMBPlayer:create { money = 200 } --> 子類添加新成員（單個 Table 作為參數可以省略括號） vip:takeDamage(20) vip:broadcast("F*ck") ~~~ 以上便是 Lua 中實現面向對象的基本方法。