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『游戏开发』在Lua中实现面向对象特征--模拟类、继承、多态

烤地瓜的迷妹儿 2018-02-28

一、简介

  Lua是一门非常强大、非常灵活的脚本语言,自它从发明以来,无数的游戏使用了Lua作为开发语言。但是作为一款脚本语言,Lua也有着自己的不足,那就是它本身并没有提供面向对象的特性,而游戏开发是一项庞大复杂的工程,如果没有面向对象功能势必会为开发带来一定的不便。不过幸好Lua中有table这样强大的数据结构,利用它再结合元表(metatable),我们便可以很方便地在Lua中模拟出类、继承和多态等面向对象编程具有的特性。

二、前提知识

  按照惯例,我们还是先来熟悉一下必要的前提知识,以便方便我们理解后续的代码。

1.表(table)

  (1)table 是 Lua 的一种数据结构,用于帮助我们创建不同的数据类型,如:数组、字典等;

  (2)table 是一个关联型数组,你可以用任意类型的值来作数组的索引,但这个值不能是 nil,所有索引值都需要用 "["和"]" 括起来;如果是字符串,还可以去掉引号和中括号; 即如果没有[]括起,则认为是字符串索引,Lua table 是不固定大小的,你可以根据自己需要进行扩容;

  (3)table 的默认初始索引一般以 1 开始,如果不写索引,则索引就会被认为是数字,并按顺序自动从1往后编;

  (5)table 不会固定长度大小,有新数据插入时长度会自动增长;

  (6)table 里保存数据可以是任何类型,包括function和table;

  (7)table所有元素之间,总是用逗号 "," 隔开;

2.元表(metatable)

  关于元表的概念以及它的要点,我们已经在《》这篇推送中做了深入地探讨,在此就不再赘述了,忘记了或者不熟悉的小伙伴可以去看一下。

三、Lua中实现类、继承、多态

1.利用Lua实现类

  在面向对象的特性中,类一般都有类名,构造方法,成员方法,属性等。下面我们就用Lua中的table和元表实现一下模拟类中的这些特性,Class.lua 代码如下:

 1 --类的声明,这里声明了类名还有属性,并且给出了属性的初始值
2 Class = {x=0,y=0}
3 --设置元表的索引,想模拟类的话,这步操作很关键
4 Class.__index = Class
5 --构造方法,构造方法的名字是随便起的,习惯性命名为new()
6 function Class:new(x,y)
7      local self = {}
 --初始化self,如果没有这句,那么类所建立的对象如果有一个改变,其他对象都会改变
8      setmetatable(self, Class)
 --将self的元表设定为Class
9      self.x = x   --属性值初始化
10      self.y = y
11      return self  --返回自身
12 end
13
14 --这里定义类的其他方法
15 function Class:test()
16  print(self.x,self.y)
17 end
18
19 function Class:plus()
20  self.x = self.x + 1
21  self.y = self.y + 1
22 end

  简单解释一下,在Lua中的类,其实都是table,因为table既可以存储普通变量又可以存储函数或者另一个table,利用这个特性,我们实现了面向对象的类中的方法、属性(字段)和构造方法。而设置元表和__index元方法这一步也是必不可少的,我们需要借助它的查找机制来实现类的继承和多态等。

2.利用Lua实现继承

  在上面我们实现了Lua中的类,那么实现继承也就不是什么难事了,SubClass.lua 代码如下:

 1 require 'Class'
2
3 --声明了新的属性Z  
4 SubClass = {z = 0}  
5 --设置元表为Class  
6
setmetatable(SubClass, Class)  
7 --还是和类定义一样,表索引设定为自身  
8 SubClass.__index = SubClass  
9 --这里是构造方法
10 function SubClass:new(x,y,z)  
11    local self = {}         --初始化对象自身  
12    self = Class:new(x,y)  
    --将对象自身设定为父类,这个语句相当于其他语言的super ,可以理解为调用父类的构造函数
13    setmetatable(self, SubClass)    
    --将对象自身元表设定为SubClass类  
14    self.z= z                
    --新的属性初始化,如果没有将会按照声明=0  
15    return self  
16 end  
17
18 --定义一个新的方法  
19 function SubClass:go()  
20    self.x = self.x + 10  
21 end  
22
23 --重定义父类的方法,相当于override
24 function SubClass:test()  
25      print(self.x,self.y,self.z)
26 end

  代码里面的注释已经很全了,关键点是通过设置SubClass的元表为它的父类Class,从而很方便地实现了继承,这还是要归功于table的查找机制。在子类SubClass中,我们可以自由地新增字段和子类独有的新方法。而且还可以重定义或者说覆盖/重写父类的方法,类似于Java中的override,子类覆盖父类的虚方法。有了这些我们就可以模拟面向对象中的多态了。

3.利用Lua实现多态

  这里我们新建一个 Main.lua 将它作为我们程序的入口,在里面测试一下我们上面的代码是否如我们所期待的那样,Main.lua 代码如下:

 1 require 'Class' 
2
require 'SubClass'
3

4
local a = Class:new()
  -- 首先实例化父类的对象,并调用父类中的方法
5
a:plus()
6 a:test()
7

8
a = SubClass:new()  -- 然后实例化子类对象
9
a:plus() -- 子类对象可以访问到父类中的成员和方法
10 a:go()          -- 子类对象调用子类中的新增方法
11 a:test()         -- 子类对象调用重写的方法

  程序运行的输出结果如下:

1       111      1       0

  首先我们实例化父类对象并调用父类中的方法,结果输出了1 1,符合预期。接着我们再实例化了子类的对象,然后成功地访问到了父类中的成员变量和方法,并且还可以访问子类中的新增方法,最后我们再执行了重写过父类中虚函数的方法,结果输出 11 1 0,也是正确的。

四、总结

  通过简单地几步,我们就在Lua中成功地模拟了类、继承和多态的特性,这可以给我们程序开发带来了不少的方便。以Unity游戏开发举例,tolua/ulua是Unity游戏开发热更新方案中的一种,他们功能很强大,但是美中不足的一点就是它们没有提供面向对象的特性,所以在开发的时候,很多直接就是全局函数、全局变量和过程式的开发流程,影响了开发的效率,更对之后的维护带来诸多不便。因此我们就可以通过与本篇中类似的方法,改进tolua/ulua,让它们也可以实现面向对象开发。当然本篇中的代码只是作为抛砖引玉,它其实是十分简陋的,想用在商业项目中还需要做很多的改良与完善。至于如何改进tolua/ulua,让他们支持面向对象特性,我们将在以后的篇章中继续探讨。

   本篇博客中的代码已经同步到Github:https://github.com/XINCGer/Unity3DTraining/tree/master/SomeTest/Lua_Class   欢迎fork!

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