【游戲開發】在Lua中實現面向對象特性——模擬類、繼承、多態

一、簡介

　　Lua是一門非常強大、非常靈活的腳本語言，自它從發明以來，無數的游戲使用了Lua作為開發語言。但是作為一款腳本語言，Lua也有着自己的不足，那就是它本身並沒有提供面向對象的特性，而游戲開發是一項龐大復雜的工程，如果沒有面向對象功能勢必會為開發帶來一定的不便。不過幸好Lua中有table這樣強大的數據結構，利用它再結合元表(metatable)，我們便可以很方便地在Lua中模擬出類、繼承和多態等面向對象編程具有的特性。

二、前提知識

　　按照慣例，我們還是先來熟悉一下必要的前提知識，以便方便我們理解后續的代碼。

1.表(table)

　　(1)table 是 Lua 的一種數據結構，用於幫助我們創建不同的數據類型，如：數組、字典等；

　　(2)table 是一個關聯型數組，你可以用任意類型的值來作數組的索引，但這個值不能是 nil，所有索引值都需要用 "["和"]" 括起來；如果是字符串，還可以去掉引號和中括號； 即如果沒有[]括起，則認為是字符串索引，Lua table 是不固定大小的，你可以根據自己需要進行擴容；

　　(3)table 的默認初始索引一般以 1 開始，如果不寫索引，則索引就會被認為是數字，並按順序自動從1往后編；

　　(4)table 的變量只是一個地址引用，對 table 的操作不會產生數據影響；

　　(5)table 不會固定長度大小，有新數據插入時長度會自動增長；

　　(6)table 里保存數據可以是任何類型，包括function和table；

　　(7)table所有元素之間，總是用逗號 "，" 隔開；

2.元表(metatable)

　　關於元表的概念以及它的要點，我們已經在《【游戲開發】小白學Lua——從Lua查找表元素的過程看元表、元方法》這篇博客中做了深入地探討，在此就不再贅述了，忘記了或者不熟悉的小伙伴可以去看一下。

三、Lua中實現類、繼承、多態

1.利用Lua實現類

　　在面向對象的特性中，類一般都有類名，構造方法，成員方法，屬性等。下面我們就用Lua中的table和元表實現一下模擬類中的這些特性，Class.lua 代碼如下：

--類的聲明，這里聲明了類名還有屬性，並且給出了屬性的初始值
Class = {x=0,y=0}
--設置元表的索引，想模擬類的話，這步操作很關鍵
Class.__index = Class
--構造方法，構造方法的名字是隨便起的，習慣性命名為new()
function Class:new(x,y)
     local self = {}  --初始化self，如果沒有這句，那么類所建立的對象如果有一個改變，其他對象都會改變
     setmetatable(self, Class)  --將self的元表設定為Class
     self.x = x   --屬性值初始化
     self.y = y
     return self  --返回自身
end

--這里定義類的其他方法
function Class:test()
 print(self.x,self.y)
end

function Class:plus()
 self.x = self.x + 1
 self.y = self.y + 1
end

　　簡單解釋一下，在Lua中的類，其實都是table，因為table既可以存儲普通變量又可以存儲函數或者另一個table，利用這個特性，我們實現了面向對象的類中的方法、屬性(字段)和構造方法。而設置元表和__index元方法這一步也是必不可少的，我們需要借助它的查找機制來實現類的繼承和多態等。

2.利用Lua實現繼承

　　在上面我們實現了Lua中的類，那么實現繼承也就不是什么難事了，SubClass.lua 代碼如下：

require 'Class'

--聲明了新的屬性Z  
SubClass = {z = 0}  
--設置元表為Class  
setmetatable(SubClass, Class)  
--還是和類定義一樣，表索引設定為自身  
SubClass.__index = SubClass  
--這里是構造方法
function SubClass:new(x,y,z)  
   local self = {}             --初始化對象自身  
   self = Class:new(x,y)       --將對象自身設定為父類，這個語句相當於其他語言的super ，可以理解為調用父類的構造函數 
   setmetatable(self, SubClass)    --將對象自身元表設定為SubClass類  
   self.z= z                   --新的屬性初始化，如果沒有將會按照聲明=0  
   return self  
end  

--定義一個新的方法  
function SubClass:go()  
   self.x = self.x + 10  
end  

--重定義父類的方法，相當於override
function SubClass:test()  
     print(self.x,self.y,self.z)  
end  

　　代碼里面的注釋已經很全了，關鍵點是通過設置SubClass的元表為它的父類Class，從而很方便地實現了繼承，這還是要歸功於table的查找機制。在子類SubClass中，我們可以自由地新增字段和子類獨有的新方法。而且還可以重定義或者說覆蓋/重寫父類的方法，類似於Java中的override，子類覆蓋父類的虛方法。有了這些我們就可以模擬面向對象中的多態了。

3.利用Lua實現多態

　　這里我們新建一個 Main.lua 將它作為我們程序的入口，在里面測試一下我們上面的代碼是否如我們所期待的那樣，Main.lua 代碼如下：

require 'Class'
require 'SubClass'

local a = Class:new() -- 首先實例化父類的對象，並調用父類中的方法
a:plus()
a:test()

a = SubClass:new()    -- 然后實例化子類對象
a:plus()            -- 子類對象可以訪問到父類中的成員和方法
a:go()                -- 子類對象調用子類中的新增方法
a:test()            -- 子類對象調用重寫的方法

　　程序運行的輸出結果如下：

1       1
11      1       0

　　首先我們實例化父類對象並調用父類中的方法，結果輸出了1 1，符合預期。接着我們再實例化了子類的對象，然后成功地訪問到了父類中的成員變量和方法，並且還可以訪問子類中的新增方法，最后我們再執行了重寫過父類中虛函數的方法，結果輸出 11 1 0，也是正確的。

四、總結

　　通過簡單地幾步，我們就在Lua中成功地模擬了類、繼承和多態的特性，這可以給我們程序開發帶來了不少的方便。以Unity游戲開發舉例，tolua/ulua是Unity游戲開發熱更新方案中的一種，他們功能很強大，但是美中不足的一點就是它們沒有提供面向對象的特性，所以在開發的時候，很多直接就是全局函數、全局變量和過程式的開發流程，影響了開發的效率，更對之后的維護帶來諸多不便。因此我們就可以通過與本篇中類似的方法，改進tolua/ulua，讓它們也可以實現面向對象開發。當然本篇中的代碼只是作為拋磚引玉，它其實是十分簡陋的，想用在商業項目中還需要做很多的改良與完善。至於如何改進tolua/ulua，讓他們支持面向對象特性，我們將在以后的篇章中繼續探討。

 　　本篇博客中的代碼已經同步到Github:https://github.com/XINCGer/Unity3DTraining/tree/master/SomeTest/Lua_Class   歡迎fork!

 

 

作者：馬三小伙兒
出處：http://www.cnblogs.com/msxh/p/8469340.html 
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