学习Cocos2d-x Lua：实现类的原理
在这个系列中，我们将深入学习Cocos2d-x Lua，总结Lua开发过程中涉及的知识点，以及如何在开发过程中使用Cocos Code IDE。本篇文章将详细讲解在Lua中实现类的原理。
类与实例的基本概念
类是什么
Lua本身并没有类的概念，但我们可以利用其语言特性来实现类。在编程中，类可以看作是一种自定义的变量类型，它是属性和方法的集合。类中的每个方法都有一个名字，方法名和方法函数之间形成了键值映射关系，即方法名作为键，对应的方法函数作为值。
例如，我们定义一个“人”类（Person），“说话”（talk）可以作为它的一个方法名，而实现说话功能的函数则是该方法名对应的值。同时，类还可以有属性，比如“性别”（sex），“性别”作为键，其实际值就是该键所对应的内容。
基于类是键值对集合的理解，我们可以使用Lua中自带的表来实现类。
实例是什么
如果把类看作是一个键值映射的表，那么实例同样也是一个表，它具有类的属性和方法。类在全局只有一个集合，就像“上帝”一样，全局只占用一块内存；而实例则可以有多个，彼此独立分配内存。
例如，现实生活中有很多人，每个人都可以执行“说话”这个方法，但一个人的说话行为不会影响其他人。从编程角度来看，实例就是由类创建出来的值，我们可以把类想象成类型。
Lua中的语法糖
函数语法糖
我们来创建一个“人类”（Person）的示例：
Person = {name="这个人很懒"}
上述代码将Person初始化为一个表，该表有一个名为name的键，默认值为“这个人很懒”，可以理解为人类拥有一个“名字”属性。
接下来，我们为人类添加一个“说话”的功能：
Person.talk = function(self, words)
print(self.name.."说:"..words)
end
这段代码在Person表中添加了一个键值对，键为talk，值为一个函数。调用Person.talk(Person, "你好")，将会输出：“这个人很懒说：你好”。
在编写程序时，我们通常习惯将function放在前面，这就是函数的语法糖：
function Person.talk(self, words)
print(self.name.."说:"..words)
end
这种写法与前面的函数定义是等价的，但从代码上较难看出talk其实是Person表中的一个键，其对应的值为一个函数。
冒号语法糖
在实际编程中，每次调用方法都传递self参数会显得不够美观。因此，Lua提供了冒号语法糖。我们可以这样定义人类的“说话”功能：
function Person:talk(words)
print(self.name.."说:"..words)
end
这段代码与前面两段代码等价，它的变化是少了self参数，将点号Person.talk改为了冒号Person:talk。在函数体内，依然可以使用self，当使用冒号:代替点号.时，Lua会自动将self作为第一个参数，self代表的是函数的实际调用者。所以，Person:talk("你好")与Person.talk(Person, "你好")是等价的。
Lua表中元素的查找机制
在Lua中，我们需要了解如何在表中查找一个键所对应的值。假设我们要在表p中查找talk这个键所对应的值，理解这个查找过程是本文的重点。
由于metatable（元表）和__index这两个特性，Lua能在当前表中不存在该键时找到其返回值。下面我们将详细介绍metatable这个语言特性。
深入理解metatable
元表的定义
metatable的中文名是元表，它本质上也是一个表。在Lua中，表的操作是有限的，例如表不能直接相加、不能进行比较操作等。元表的作用就是增加和改变表的既定操作，只有设置过元表的表，才会受到元表的影响而改变自身的行为。
我们可以通过全局方法setmetatable(t, m)将表t的元表设置为表m，使用getmetatable(t)则可以返回表t的元表m。需要注意的是，所有的表都可以设置元表，但新创建的空表如果不设置，是没有元表的。
元方法
元表作为一个表，可以拥有任意类型的键值对，但真正对被设置的表产生影响的是Lua规定的元方法键值对。这些键名通常以双下划线__为前缀，如__index、__add、__concat等，其对应的值为一个函数，被称为元方法（metamethod），这些元方法定义了我们想对表自定义的操作。
__index元方法
__index键对应的元方法在查找不存在于表中的键时会被执行。以下是一个示例代码：
-- 定义元表m
m = {}
-- 定义元表的__index的元方法
-- 对任何找不到的键，都会返回"undefined"
m.__index = function ( table, key )
return "undefined"
end
-- 表pos
pos = {x=1, y=2}
-- 初始没有元表，所以没有定义找不到的行为
-- 因为z不在pos中，所以直接返回nil
print(pos.z) -- nil
-- 将pos的元表设为m
setmetatable(pos, m)
-- 这时虽然pos里仍然找不到z，但是因为pos有元表
-- 而且元表有__index属性，所以执行其对应的元方法，返回“undefined”
print(pos.z) -- undefined
在上述代码中，pos表原本没有z这个键，但通过设置其元表为m，并为m的__index设置对应的方法，所有取不到的键都会返回“undefined”。这表明元表的__index属性实际上为表配备了找不到键时的行为。需要注意的是，元表的__index属性对应的也可以是一个表。
__add元方法
再以__add键为例，以下是相关代码：
-- 创建元表m，其中有__add键和其定义的方法
local m = {
__add = function(t1, t2)
local sum = {}
for key, value in pairs(t1) do
sum[key] = value
end
for key, value in pairs(t2) do
if sum[key] then
sum[key] = sum[key] + value
else
sum[key] = value
end
end
return sum
end
}
-- 将table1和table2的元表都设置为m
local table1 = setmetatable({10, 11, 12}, m)
local table2 = setmetatable({13, 14, 15}, m)
-- 表本来是不能执行 + 操作的，但是通过元表，我们做到了！
for k, v in pairs(table1 + table2) do
print(k, v)
end
-- 输出
-- 1 23
-- 2 25
-- 3 27
表本身不能使用+进行计算，但通过定义元表的__add方法，并将其设置到需要进行加法操作的表上，这些表就可以进行加法运算了。这说明元表的__add属性为表定义了使用+号时的行为。
Lua中类的实现
在了解了前面的内容后，我们来实现一个Lua类。我们的类是一个表，它定义了各种属性和方法；实例也是一个表，我们将类作为元表设置到实例上，并将类的__index值设置为自身。
以下是“人类”类的实现示例：
-- 设置Person的__index为自身
Person.__index = Person
-- p是一个实例
local p = {}
-- p的元表设置为Person
setmetatable(p, Person)
p.name = "路人甲"
-- p本来是一个空表，没有talk这个键
-- 但是p有元表，并且元表的__index属性为一个表Person
-- 而Person里面有talk这个键，于是便执行了Person的talk函数
-- 默认参数self是调用者p，p的name属性为“路人甲”
p:talk("我是路人甲")
-- 输出
-- 路人甲说:我是路人甲
为了方便创建实例，我们可以为“人类”类添加一个创建函数create：
function Person:create(name)
local p = {}
setmetatable(p, Person)
p.name = name
return p
end
local pa = Person:create("路人甲")
local pb = Person:create("路人乙")
pa:talk("我是路人甲") -- 路人甲说:我是路人甲
pb:talk("我是路人乙") -- 路人乙说:我是路人乙
通过上述代码，我们可以方便地使用Person类创建出多个实例，每个实例都具备Person类的属性和方法。
至于类的继承，大家可以将其当作一次练习进行思考。