元表

Lua中的每个值都可以有一个元表！这个元表就是一个普通的Lua表，它用于定义原始值在特定操作下的行为。
如果你想改变一个值在特定操作下的行为，你可以在它的元表中设置对应域。例如当你对非数字值做加操作时，Lua会检查该值的元表中的"__add"域下的函数。如果能找到，Lua则调用这个函数来完成加这个操作。
在Lua中，你不可以改变表以外其它类型的值的元表（除非你使用调试库），若想改变这些非表类型的值的元表，请使用C API。
表和完全用户数据有独立的元表（当然，多个表和用户数据可以共享同一个元表）。其它类型的值按类型共享元表，也就是说所有的数字都共享同一个元表，所有的字符串共享另一个元表等等。默认情况下，值是没有元表的，但字符串库在初始化的时候为字符串类型设置了元表。
元表决定了一个对象在数学运算、位运算、比较、连接、取长度、调用、索引时的行为。元表还可以定义一个函数，当表对象或用户数据对象在垃圾回收时调用它。

使用getmetatable函数来获取任何值的元表，使用setmetatable来替换一张表的元表。

local testStr = "hello, fightsyj"
local testTbl = {name = "fightsyj", age = 666}
-- getmetatable获取对象的元表
print("testStr`s metatable is ->", getmetatable(testStr))  -- 字符串库在初始化的时候为字符串类型设置了元表
print("testTbl`s metatable is ->", getmetatable(testTbl))

local testMetaTbl = {}
-- setmetatable设置元表，返回设置元表之后的对象
local finalTbl = setmetatable(testTbl, testMetaTbl)
dump(finalTbl, "finalTbl->")
print("testTbl`s metatable is ->", getmetatable(testTbl))
--[[
testStr`s metatable is ->	table: 00AA9780
testTbl`s metatable is ->	nil
- "finalTbl->" = {
-     "age"  = 666
-     "name" = "fightsyj"
- }
testTbl`s metatable is ->	table: 00DF1E60
]]

元方法

元表中的键对应着不同的事件名，键关联的那些值被称为元方法。在上面那个例子中引用的事件为"add"，完成加操作的那个函数就是元方法。
接下来会给出一张元表可以控制的事件的完整列表。每个操作都用对应的事件名来区分。每个事件的键名用加有"__“前缀的字符串来表示。例如"add"操作的键名为字符串”__add"。需要注意的是Lua从元表中直接获取元方法，访问元表中的元方法永远不会触发另一次元方法。下面的代码模拟了Lua从一个对象obj中获取一个元方法的过程：
rawget(getmetatable(obj) or {}, “__” … event_name)
对于一元操作符（取负、求长度、位反），元方法调用的时候，第二个参数是个哑元，其值等于第一个参数。这样处理仅仅是为了简化Lua的内部实现（这样处理可以让所有的操作都和二元操作一致），这个行为有可能在将来的版本中移除。（使用这个额外参数的行为都是不确定的）

下面着重介绍一下__add、__index和__newindex这三个元方法。

__add

__add类似于C++中的运算符重载，对算术运算符+进行重载，重新定义+的操作行为！

local testTbl1 = {name = "fightsyj", age = 666}
local testTbl2 = {sex = "Male"}
-- local testTbl3 = testTbl1 + testTbl2  -- 报错
local testMetaTbl = {}
testMetaTbl.__add = function(tbl1, tbl2)
   for key, value in pairs(tbl2) do
   	tbl1[key] = value
   end
   return tbl1
end
setmetatable(testTbl1, testMetaTbl)
local testTbl3 = testTbl1 + testTbl2
dump(testTbl3)
--[[
- "<var>" = {
-     "age"  = 666
-     "name" = "fightsyj"
-     "sex"  = "Male"
- }
]]

__index

查询表中不存在的元素时触发！这个事件的元方法可以是一个函数也可以是一张表。如果它是一个函数，则以table和key作为参数调用它。如果它是一张表，最终的结果就是以key取索引这张表的结果。

• __index方法是一个表

local testTbl = {name = "fightsyj", age = 666}
local testMetaTbl = {}
testMetaTbl.__index = {sex = "Male"}
setmetatable(testTbl, testMetaTbl)
print(testTbl.name, testTbl.sex, testTbl.place)
-- fightsyj 	Male 	nil

• __index方法是一个函数

local testTbl = {name = "fightsyj", age = 666}
local testMetaTbl = {}
testMetaTbl.__index = function(tbl, key)
   return string.format("%s is not exist !", key)
end
setmetatable(testTbl, testMetaTbl)
print(testTbl.name)
print(testTbl.sex)
--[[
fightsyj
sex is not exist !
]]

Lua查找一个表元素时的规则，其实就是如下3个步骤：
1.在表中查找，如果找到，返回该元素，找不到则继续；
2.判断该表是否有元表，如果没有元表，返回nil，有元表则继续；
3.判断元表有没有__index方法，如果__index方法为nil，则返回nil；如果__index方法是一个表，则重复 1、2、3；如果__index方法是一个函数，则返回该函数的返回值。

__newindex

更新表中不存在的元素时触发！这个事件的元方法既可以是函数，也可以是一张表。如果是一个函数，则以table、key以及value作为参数传入。如果是一张表，则对这张表做索引赋值操作。

• __newindex方法是一个表

local testTbl = {name = "fightsyj"}
local newindex = {}
local testMetaTbl = {__newindex = newindex}
setmetatable(testTbl, testMetaTbl)
testTbl.name = "fightsyj2"
testTbl.age = 666
dump(testTbl, "testTbl->")
dump(testMetaTbl, "testMetaTbl->")
--[[
- "testTbl->" = {
-     "name" = "fightsyj2"
- }
- "testMetaTbl->" = {
-     "__newindex" = {
-         "age" = 666
-     }
- }
]]

• __newindex方法是一个函数

local testTbl = {name = "fightsyj"}
local newindex = function(tbl, key, value)
	print(tbl, key, value)
end
local testMetaTbl = {__newindex = newindex}
setmetatable(testTbl, testMetaTbl)
testTbl.age = 666
dump(testTbl, "testTbl->")
dump(testMetaTbl, "testMetaTbl->")
--[[
table: 00A291E0	age	666
- "testTbl->" = {
-     "name" = "fightsyj"
- }
- "testMetaTbl->" = {
-     "__newindex" = function: 00A32688
- }
]]

ps

1. 一旦有了"newindex"元方法，Lua就不再做最初的赋值操作；
2. "newindex"元方法用来对表进行更新（类似set），"index"元方法则用来对表进行查询（类似get）;

忽略元表：rawget和rawset

有时候我们希望直接改动或获取表中的值时，就需要rawget和rawset方法了。

rawget

rawget可以让你直接获取到表中索引的实际值，而不通过元表的__index元方法。

local testTbl = {name = "fightsyj", age = 666}
local testMetaTbl = {}
testMetaTbl.__index = {sex = "Male"}
setmetatable(testTbl, testMetaTbl)
-- 通过rawget直接获取testTbl中sex对应的值，不会触发元表的__index事件
local sexValue = rawget(testTbl, "sex")
print(sexValue)  -- nil

rawset

rawset可以让你直接为表中索引的赋值，而不通过元表的__newindex元方法。

local testTbl = {name = "fightsyj"}
local newindex = {}
local testMetaTbl = {__newindex = newindex}
setmetatable(testTbl, testMetaTbl)
-- 通过rawset直接对testTbl进行赋值操作，不会触发元表的__newindex事件
rawset(testTbl, "age", 666)
dump(testTbl, "testTbl->")
dump(testMetaTbl, "testMetaTbl->")
--[[
- "testTbl->" = {
-     "age"  = 666
-     "name" = "fightsyj"
- }
- "testMetaTbl->" = {
-     "__newindex" = {
-     }
- }
]]

参考：
Lua 5.3 参考手册
Lua查找表元素过程
Lua中的元表与元方法学习总结