Lua 5.1 中的 __call 元方法实际上是如何工作的？

Question

作为练习，我正在尝试在 Lua 中进行集合实现。具体来说，我想采用 Pil2 11.5 的简单集合实现并将其扩展为包括插入值、删除值等的能力。

现在最明显的方法（和工作方式）是这样的：

Set = {}
function Set.new(l)
    local s = {}
    for _, v in ipairs(l) do
        s[v] = true
    end
    return s
end
function Set.insert(s, v)
    s[v] = true
end

ts = Set.new {1,2,3,4,5}
Set.insert(ts, 5)
Set.insert(ts, 6)

for k in pairs(ts) do
    print(k)
end

正如预期的那样，我打印出了数字 1 到 6。但是那些对Set.insert(s, value) 的调用真的很丑陋。我宁愿打电话给ts:insert(value)。

我第一次尝试解决这个问题是这样的：

Set = {}
function Set.new(l)
    local s = {
        insert = function(t, v)
            t[v] = true
        end
    }
    for _, v in ipairs(l) do
        s[v] = true
    end
    return s
end

ts = Set.new {1,2,3,4,5}
ts:insert(5)
ts:insert(6)

for k in pairs(ts) do
    print(k)
end

在您看到它的结果之前，这几乎可以正常工作：

1
2
3
4
5
6
insert

很明显，作为 set 表成员的插入函数正在显示。这不仅比原来的Set.insert(s, v) 问题更丑陋，而且还容易出现一些严重的问题（比如如果“插入”是某人试图输入的有效密钥会发生什么？）。又到了翻书的时候了。如果我尝试这样做会发生什么？：

Set = {}
function Set.new(l)
    local s = {}
    setmetatable(s, {__call = Set.call})
    for _, v in ipairs(l) do
        s[v] = true
    end
    return s
end
function Set.call(f)
    return Set[f]
end
function Set.insert(t, v)
    t[v] = true
end

ts = Set.new {1,2,3,4,5}
ts:insert(5)
ts:insert(6)

for k in pairs(ts) do
    print(k)
end

现在我阅读这段代码的方式是：

• 当我调用ts:insert(5) 时，insert 不存在可调用的事实意味着将在ts 元表中搜索"__call"。
• ts 元表的"__call" 键返回Set.call。
• 现在 Set.call 以名称 insert 调用，这会导致它返回 Set.insert 函数。
• Set.insert(ts, 5) 被调用。

真正发生的事情是这样的：

lua: xasm.lua:26: attempt to call method 'insert' (a nil value)
stack traceback:
        xasm.lua:26: in main chunk
        [C]: ?

在这一点上，我被难住了。我完全不知道从这里去哪里。我花了一个小时在这个代码上进行了不同程度的越来越绝望的变化，但最终结果是我没有任何工作。在这一点上，我忽略了什么无疑是显而易见的事情？

Answer 1

你说：

现在我阅读这段代码的方式是：

• 当我调用 ts:insert(5) 时，insert 并没有 存在被调用意味着 ts 元表正在运行 要搜索“__call”。
• ts 元表的“__call”键返回 Set.call。
• 现在 Set.call 使用名称 insert 调用，这会导致 它返回 Set.insert 函数。
• Set.insert(ts, 5) 被调用。

不，发生了什么：

• 当insert 没有直接在ts 对象中找到时，Lua 会在其元表中查找__index。
  
  • 如果它在那里并且是一个表，Lua 将在那里搜索insert。
  • 如果它存在并且是一个函数，它将使用原始表（在这种情况下为ts）和正在搜索的键（insert）调用它。
  • 如果不存在，则认为是nil。

您遇到的错误是因为您没有在元表中设置__index，因此您实际上是在调用nil 值。

这可以通过将__index 指向某个表来解决，即Set，如果您要将方法存储在那里。

__call，用于将对象作为函数调用时使用。即：

Set = {}
function Set.new(l)
    local s = {}
    setmetatable(s, {__index=Set, __call=Set.call})
    for _, v in ipairs(l) do
        s[v] = true
    end
    return s
end
function Set.call(s, f)
    -- Calls a function for every element in the set
    for k in pairs(s) do
        f(k)
    end
end
function Set.insert(t, v)
    t[v] = true
end

ts = Set.new {1,2,3,4,5}
ts:insert(5)
ts:insert(6)

ts(print) -- Calls getmetatable(ts).__call(ts, print),
          -- which means Set.call(ts, print)

-- The way __call and __index are set,
-- this is equivalent to the line above
ts:call(print)

Answer 2

现在我阅读这段代码的方式是：

• 当我调用 ts:insert(5) 时，insert 不存在被调用的事实意味着将在 ts 元表中搜索“__call”。

你的问题。 __call 元方法在 table 本身 被调用（即作为一个函数）时被引用：

local ts = {}
local mt = {}

function mt.__call(...)
    print("Table called!", ...)
end

setmetatable(ts, mt)

ts() --> prints "Table called!"
ts(5) --> prints "Table called!" and 5
ts"String construct-call" --> prints "Table called!" and "String construct-call"

Lua 中面向对象的冒号调用，例如：

ts:insert(5)

只是语法糖

ts.insert(ts,5)

它本身就是语法糖

ts["insert"](ts,5)

因此，对ts 执行的操作不是调用，而是索引（@ 的结果 987654328@ 是所谓的），由__index 元方法管理。

__index 元方法可以是一个表，用于您希望索引“回退”到另一个表的简单情况（请注意，它是元表中的 __index 键的值被索引并且不是元表本身）：

local fallback = {example = 5}
local mt = {__index = fallback}
local ts = setmetatable({}, mt)
print(ts.example) --> prints 5

__index 元方法作为函数的工作方式与您期望的 Set.call 签名类似，只是它在键之前传递被索引的表：

local ff = {}
local mt = {}

function ff.example(...)
  print("Example called!",...)
end

function mt.__index(s,k)
  print("Indexing table named:", s.name)
  return ff[k]
end

local ts = {name = "Bob"}
setmetatable(ts, mt)
ts.example(5) --> prints "Indexing table named:" and "Bob",
              --> then on the next line "Example called!" and 5

有关元表的更多信息，请咨询the manual。

Answer 3

我修改了你的第一个版本，这个版本将提供我认为你正在寻找的功能。

Set = {}
Set.__index = Set 

function Set:new(collection)
  local o = {}
  for _, v in ipairs(collection) do
    o[v] = true
  end 
  setmetatable(o, self)
  return o
end

function Set:insert(v)
  self[v] = true
end

set = Set:new({1,2,3,4,5})
print(set[1]) --> true
print(set[10]) --> nil
set:insert(10)
print(set[10]) --> true

Answer 4

Set = {}
function Set.new(l)
    local s = {}
    setmetatable(s, {__index=Set})
    for _, v in ipairs(l) do
        s[v] = true
    end
    return s
end
function Set.call(f)
    return Set[f]
end
function Set.insert(t, v)
    t[v] = true
end

ts = Set.new {1,2,3,4,5}
ts:insert(5)
ts:insert(6)

for k in pairs(ts) do
    print(k)
end