Lua 中的 __index、__newindex、rawget 与 rawset 介绍

在 Lua 中，表（table）是最核心的数据结构。通过为其设置“元表”（metatable），我们可以改变表在某些操作下的默认行为。其中，__index 和 __newindex 是两个最常用的元方法，而 rawget 和 rawset 是与之配套的“绕过元表”的操作函数。理解它们的作用和关系，有助于更灵活、安全地使用 Lua 表。

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一、__index —— 读取不存在的键时的行为

当访问一个表中不存在的键时（例如 t.key 或 t["key"]），如果该表设置了元表，且元表中包含 __index 字段，Lua 就会调用它。

__index 可以是一个函数，也可以是一个表。

示例 1：__index 是函数

local t = {}
local mt = {
    __index = function(tbl, key)
        print("访问了不存在的键:", key)
        return nil
    end
}
setmetatable(t, mt)

print(t.name)  -- 输出: 访问了不存在的键: name
               -- 然后输出: nil

示例 2：__index 是表（常用于“默认值”或“继承”）

local defaults = { x = 0, y = 0 }
local obj = {}
setmetatable(obj, { __index = defaults })

print(obj.x)  -- 0（从 defaults 获取）
print(obj.z)  -- nil（defaults 里也没有）

注意：如果键在表中已存在，则不会触发 __index。

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二、__newindex —— 写入不存在的键时的行为

当给一个表中原本不存在的键赋值时（例如 t.key = value），如果该表有元表且定义了 __newindex，Lua 会调用它，而不是直接赋值。

和 __index 一样，__newindex 也可以是函数或表。

示例 1：__newindex 是函数（常用于拦截、校验、日志）

local t = {}
local mt = {
    __newindex = function(tbl, key, value)
        print("尝试设置:", key, "=", value)
        -- 可选择是否真正写入
        rawset(tbl, key, value)  -- 使用 rawset 避免递归
    end
}
setmetatable(t, mt)

t.name = "Alice"  -- 输出: 尝试设置: name = Alice
print(t.name)     -- Alice

示例 2：__newindex 是表（常用于“写入重定向”）

local storage = {}
local proxy = {}
setmetatable(proxy, { __newindex = storage })

proxy.x = 10
proxy.y = 20

print(proxy.x, proxy.y)     -- nil, nil（proxy 本身没写入）
print(storage.x, storage.y) -- 10, 20（写入到了 storage）

注意：

• 如果键已存在，赋值不会触发 __newindex。
• 在 __newindex 函数内直接写 tbl[key] = value 会导致无限递归，应使用 rawset。

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三、rawget 与 rawset —— 绕过元表的直接操作

有时我们希望跳过元表机制，直接对表进行读写。这时就需要 rawget 和 rawset。

• rawget(t, key) → 直接获取 t[key]，不触发 __index
• rawset(t, key, value) → 直接设置 t[key] = value，不触发 __newindex

示例：

local t = { x = 1 }
local mt = {
    __index = function() return "from __index" end,
    __newindex = function() error("禁止写入") end
}
setmetatable(t, mt)

print(t.y)           -- "from __index"
print(rawget(t, "y")) -- nil（直接读，不触发 __index）

-- t.z = 99         -- 会报错：禁止写入
rawset(t, "z", 99)   -- ✅ 成功，绕过 __newindex
print(t.z)           -- 99

这两个函数在元方法内部操作表时尤其重要，可以避免触发元表导致的递归或副作用。

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四、常见使用场景小结

场景	推荐方案
提供默认值或实现继承	__index = 表
拦截读取做日志或计算	__index = 函数
实现只读表	__newindex = 报错函数
数据校验或属性封装	__newindex = 校验函数 + rawset
避免元表干扰或递归	使用 rawget / rawset
在元方法内部安全读写表	必须使用 rawget / rawset

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五、注意事项

1. __index 和 __newindex 只对“不存在的键”生效。
2. 在 __index 或 __newindex 函数中操作表时，务必使用 rawget / rawset，否则可能触发递归。
3. 元方法不会被继承 —— 子表必须显式设置自己的元表。
4. 性能敏感的代码中，频繁触发元方法会有开销，可考虑用 rawget / rawset 优化。

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总结

__index、__newindex、rawget、rawset 是 Lua 元表机制中最基础也最实用的组成部分。它们不复杂，但在构建配置系统、对象模型、数据代理、调试工具时非常有用。