Lua 元表（Metatable）

metatable 是 Lua 中最强也最容易让初学者迷糊的机制之一。你可以把它理解成“给 table 设置一组特殊规则”：当你访问不存在的字段、执行加法、调用 table、打印 table 时，Lua 可以根据 metatable 中的 metamethod 改变默认行为。

metatable 是理解 Lua 面向对象、运算符重载、代理 table、只读 table 的基础。

设置和获取 metatable

使用 setmetatable() 设置 metatable，使用 getmetatable() 获取：

main.lua

local t = {}
local mt = {}

setmetatable(t, mt)

print(getmetatable(t) == mt)

输出：

true

metatable 本身也是 table。

__index：访问不存在字段

__index 是最常用的 metamethod。当你访问 table 中不存在的字段时，Lua 会去 __index 指定的地方继续查找。

main.lua

local defaults = {
   timeout = 5,
   retry = 3,
}

local config = {
   timeout = 10,
}

setmetatable(config, {
   __index = defaults,
})

print(config.timeout)
print(config.retry)

输出：

10
3

config.timeout 自己有值，所以返回 10。config.retry 不存在，于是 Lua 去 defaults.retry 查找。

__index 也可以是函数

main.lua

local t = {}

setmetatable(t, {
   __index = function(_, key)
      return "missing key: " .. key
   end,
})

print(t.name)
print(t.value)

输出：

missing key: name
missing key: value

函数形式的 __index 适合做懒加载、默认值、访问日志等逻辑。

__newindex：写入不存在字段

__newindex 会在你给不存在的字段赋值时触发：

main.lua

local data = {}

setmetatable(data, {
   __newindex = function(_, key, value)
      print("set", key, value)
   end,
})

data.name = "Lua"
print(data.name)

输出：

set	name	Lua
nil

注意，示例中的 __newindex 只打印，没有真正保存值，所以 data.name 仍然是 nil。

如果你要绕过 metamethod 直接写入，可以使用 rawset()：

rawset(data, key, value)

只读 table

结合 __index 和 __newindex 可以做一个简单只读 table：

main.lua

local function readonly(source)
   return setmetatable({}, {
      __index = source,
      __newindex = function()
         error("attempt to modify readonly table")
      end,
   })
end

local config = readonly({
   host = "localhost",
   port = 8080,
})

print(config.host)
config.port = 9000

输出前会打印：

localhost

随后程序会报错。

运算符重载

metatable 可以定义 table 的运算行为。例如让两个向量相加：

main.lua

local Vector = {}

Vector.__index = Vector

function Vector.new(x, y)
   return setmetatable({x = x, y = y}, Vector)
end

function Vector.__add(a, b)
   return Vector.new(a.x + b.x, a.y + b.y)
end

function Vector.__tostring(v)
   return "(" .. v.x .. ", " .. v.y .. ")"
end

local a = Vector.new(1, 2)
local b = Vector.new(3, 4)
local c = a + b

print(c)

输出：

(4, 6)

这里的 __add 定义了 a + b 的行为，__tostring 定义了 print(c) 时如何转换为字符串。

常见 metamethod

metamethod	触发场景
__index	访问不存在字段
__newindex	给不存在字段赋值
__add	+
__sub	-
__mul	*
__div	/
__eq	==
__lt	<
__le	<=
__len	#
__call	把 table 当函数调用
__tostring	tostring()

__call：让 table 像函数一样调用

main.lua

local counter = {
   value = 0,
}

setmetatable(counter, {
   __call = function(self)
      self.value = self.value + 1
      return self.value
   end,
})

print(counter())
print(counter())

输出：

1
2

rawget 和 rawset

rawget() 和 rawset() 可以绕过 metatable：

main.lua

local t = {}

setmetatable(t, {
   __index = function()
      return "default"
   end,
})

print(t.name)
print(rawget(t, "name"))

输出：

default
nil

调试 metatable 行为时，rawget() 很有用。

小结

你需要掌握：

• metatable 用于改变 table 的默认行为。
• __index 处理读取不存在字段。
• __newindex 处理写入不存在字段。
• metamethod 可以实现运算符重载、只读 table、对象方法查找等机制。
• rawget() 和 rawset() 可以绕过 metamethod。