Lua+元方法__unm：一元负号的自定义本质

【语法算法】

元方法 __unm 的触发就这一行：

setmetatable(t, { __unm = function(t) return setmetatable({ val = -t.val }, getmetatable(t)) end })

对带 __unm 的表做一元负号操作 -t 时，Lua 调用 __unm——一元负号的自定义全部机制就这一行。可这一行的前后各有一个细节：前面是"一元运算只有一个操作数"，后面是"返回值可以是任何类型"。今天拆开。

一、注册、触发、返回三段

__unm 的三段。注册：元表的 __unm 字段赋一个函数——这个函数只接收一个参数——就是触发负号操作的那个表自身。触发：-t 触发 __unm(t)——一元运算只有一个操作数——不像 __add 有左右两个操作数——__unm 的语义就是"取反"。返回：__un 可以返回任何类型的值——返回同类型的表就是"取反后的新对象"——返回数字就是"取反后的数值"——返回什么由语义决定。三段连起来：__unm 玩的是"一元运算的自定义"——一元运算只有一个操作数，没有左右之分，语义最简单但实现最容易出错。

graph TD
    A["-t"] --> B{"t有__unm?"}
    B -->|是| C["调用__unm(t)"]
    C --> D["返回取反结果"]
    B -->|否| E["尝试转数字取负"]
    E --> F["转不了就报错"]

二、一元负号的正确写法

local Vector = {}
Vector.__index = Vector

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

Vector.__unm = function(v)
    return Vector.new(-v.x, -v.y)
end

local v1 = Vector.new(3, 4)
local v2 = -v1
print(v2.x, v2.y)  -- -3, -4

__unm 返回一个新的 Vector 对象——不修改原始对象——一元运算的纯函数性就体现在"不修改输入，只返回输出"。

三、一元和二元的分界与纯函数的纪律

一元和二元的分界线就一条：操作数的个数——__unm 一个操作数、__add 两个操作数——Lua 通过元方法名区分一元和二元——不会混淆。纯函数的纪律是 __unm 的核心：不修改原始对象——返回新对象而不是修改旧对象——副作用为零——这样的 __unm 才是安全的。最后一条纪律：__unm 的返回值类型不必和输入相同——可以对一个表取负返回一个数字——但这样做的语义很奇怪——返回同类型是最佳实践，除非有充分的理由返回不同类型。