ruby是一种解释型、面向对象、动态类型的语言。ruby采取的策略是在灵活性和运行时安全之间寻找平衡点。随着rails框架的出现,ruby也在2006年前后一鸣惊人,同时也指引人们重新找回编程乐趣。尽管从执行速度上说,ruby谈不上有多高效,但它却能让程序员的编程效率大幅提高。本文将讲述ruby语言的基础语言特性,包括基本的语法及代码块和类的定义。
1. 基础
在ruby交互命令行中输入以下命令(>>为命令行提示符,=>为返回值;下文将把=>符号和语句写在一行内表明其返回值):
>> puts 'hello, world' hello, world => nil >> language = 'ruby' => "ruby" >> puts "hello, #{language}" hello, ruby => nil
以上代码使用puts输出,给变量赋值,并用#{}的语法实现字符串替换。这表明ruby是解释执行的;变量无需声明即可直接初始化和赋值;每条ruby代码都会返回某个值;单引号包含的字符串表示它将直接被解释,双引号包含的字符串会引发字符串替换。
1.1 编程模型
ruby是一门纯面向对象语言,在ruby中一切皆为对象,可以用“.”调用对象具有的方法,可以通过class和methods方法查看对象的类型及支持的方法,如4.class => fixnum,7.methods => ["inspect", "%", "<<", "numerator", ...],false.class => falseclass(方括号表示数组)。
1.2 流程控制
条件判断有正常的块形式,也有简单明了的单行形式;除了常见的if语句外,还有unless语句(等价于if not,但可读性更强)。同理,循环也有正常的块形式和单行形式。注意:除了nil和false之外,其他值都代表true,包括0!
# 块形式 if x == 4 puts 'this is 4.' end # 单行形式 puts 'this is false.' unless true x = x + 1 while x < 10 # x的结果为10 x = x - 1 until x == 1 # x的结果为1
和其他c家族的语言差不多,ruby的逻辑运算符and(&&)、or(||)都自带短路功能,若想执行整个表达式,可以用&或|
1.3 鸭子类型
执行4 + 'four'会出现typeerror的错误,说明ruby是强类型语言,在发生类型冲突时,将得到一个错误。如果把个语句放在def...end函数定义中,则只有在调用函数时才会报错,说明ruby在运行时而非编译时进行类型检查,这称为动态类型。ruby的类型系统有自己的潜在优势,即多个类不必继承自相同的父类就能以“多态”的方式使用:
a = ['100', 100.0] puts a[0].to_i # => 100 puts a[1].to_i # => 100
这就是所谓的“鸭子类型”(duck typing)。数组的第一个元素是string类型,第二个元素是float类型,但转换成整数用的都是to_i。鸭子类型并不在乎其内在类型是什么,只要一个对象像鸭子一样走路,像鸭子一样嘎嘎叫,那它就是只鸭子。在面向对象设计思想中,有一个重要原则:对接口编码,不对实现编码。如果利用鸭子类型,实现这一原则只需极少的额外工作,就能轻松完成。
1.4 函数
def tell_the_truth true end
每个函数都会返回结果,如果没有显式指定返回值,函数就将退出函数前最后处理的表达式的值返回。函数也是个对象,可以作为参数传给其他函数。
1.5 数组
和python一样,ruby的数组也是用中括号来定义,如animals = ['lion', 'tiger', 'bear'];负数下标可以返回倒数的元素,如animals[-1] => "bear";通过指定一个range对象来获取一个区段的元素,如animals[1..2] => ['tiger', 'bear']。此外,数组元素可以互不相同,多为数组也不过是数组的数组。数组拥有极其丰富的api,可用其实现队列、链表、栈、集合等等。
1.6 散列表
numbers = {2 => 'two', 5 => 'five'} stuff = {:array => [1, 2, 3], :string => 'hi, mom!'} # stuff[:string] => "hi, mom!"
散列表可以带任何类型的键,上述代码的stuff的键较为特殊——它是一个符号(symbol),前面带有冒号标识符。符号在给事物和概念命名时很好用,例如两个同值字符串在物理上不同,但相同的符号却是同一物理对象,可以通过反复调用'i am string'.object_id和:symbol.object_id来观察。另外,当散列表用作函数最后一个参数时,大括号可有可无,如tell_the_truth :profession => :lawyer。
2. 面向对象
2.1 代码块
代码块是没有名字的函数(匿名函数),可以用作参数传递给函数。代码块只占一行时用大括号包起来,占多行是用do/end包起来,可以带若干个参数。
3.times {puts 'hehe'} # 输出3行hehe ['lion', 'tiger', 'bear'].each {|animal| puts animal} # 输出列表的内容
上面的times实际上是fixnum类型的方法,要自己实现这样一个方法非常容易:
class fixnum def my_times i = self while i > 0 i = i - 1 yield end end end
3.my_times {puts 'hehe'} # 输出3行hehe
这段代码打开一个现有的类,向其中添加一个自定义的my_times方法,并用yield调用代码块。在ruby中,代码块不仅可用于循环,还可用于延迟执行,即代码块中的行为只有等到调用相关的yield时才会执行。代码块充斥于ruby的各种库,小到文件的每一行,大到在集合上进行各种复杂操作,都是由代码块来完成的。
2.2 类
调用一个对象的class方法可以查看其类型,调用superclass可以查看这个类型的父类。下图展示了数字的继承链,其中横向箭头表示右边是左边实例化的对象,纵向箭头表示下边继承于上边。ruby的一切事物都有一个共同的祖先object。
最后通过一个完整的实例——定义一棵树,来看下ruby的类如何定义和使用,该注意的点都写在注释里面了。
class tree # 定义实例变量,使用attr或attr_accessor关键字,前者定义变量和访问变量的同名getter方法(即只读),后者定义的变量多了同名setter方法(注意这里使用了符号) attr_accessor :children, :node_name # 构造方法(构造方法必须命名为initialize) def initialize(name, children=[]) @node_name = name @children = children end # 遍历所有节点并执行代码块block,注意参数前加一个&表示将代码块作为闭包传递给函数 def visit_all(&block) visit &block children.each {|c| c.visit_all &block} end # 访问一个节点并执行代码块block def visit(&block) block.call self end end ruby_tree = tree.new("ruby", [tree.new("reia"), tree.new("macruby")]) # 访问一个节点 ruby_tree.visit {|node| puts node.node_name} # 访问整棵树 ruby_tree.visit_all {|node| puts "node: #{node.node_name}"}
再提一下ruby的命名规范:
(1)类采用camelcase命名法
(2)实例变量(一个对象有一个值)前必须加上@,类变量(一个类有一个值)前必须加上@@
(3)变量和方法名全小写用下划线命名法,如underscore_style
(4)常量采用全大写下划线命名法,如all_caps_style
(5)用于逻辑测试的函数和方法一般要加上问号,如if test?
3. 模块与混入(mixin)
面向对象语言利用继承,将行为传播到相似的对象上。若一个对象像继承多种行为,一种做法是用多继承,如c++;java采用接口解决这一问题,ruby采用模块mixin。模块是函数和常量的集合,若在类中包含一个模块,那么该模块的行为和常量也会成为类的一部分。
# 定义模块tofile module tofile # 获取文件名 def filename "object_name.txt" end # 创建文件 def to_f file.open(filename, 'w') {|f| f.write(to_s)} # 注意这里to_s在其他地方定义! end end # 定义用户类 class person include tofile attr_accessor :name def initialize(name) @name = name end def to_s name end end person.new('matz').to_f # 创建了一个文件object_name.txt,里面包含内容matz
上面的代码很好理解,只是有一点要注意:to_s在模块中使用,在类中实现,但定义模块的时候,实现它的类甚至还没有定义。这正是鸭子类型的精髓所在。写入文件的能力,和person这个类没有一点关系(一个类就应该做属于它自己的事情),但实际开发又需要把person类写入文件这种额外功能,这时候mixin就可以轻松胜任这种要求。
ruby有两个重要的mixin:枚举(enumerable)和比较(comparable)。若想让类可枚举,必须实现each方法;若想让类可比较,必须实现<=>(太空船)操作符(比较a,b两操作数,返回1、0或-1)。ruby的字符串可以这样比较:'begin' <=> 'end => -1。数组有很多好用的方法:
a = [5, 3, 4, 1] a.sort => [1, 3, 4, 5] # 整数已通过fixnum类实现太空船操作符,因此可比较可排序 a.any? {|i| i > 4} => true a.all? {|i| i > 0} => true a.collect {|i| i * 2} => [10, 6, 8, 2] a.select {|i| i % 2 == 0} => [4] a.member?(2) => false a.inject {|product, i| product * i} => 60 # 第一个参数是代码块上一次执行的结果,若不设初始值,则使用列表第一个值作为初始值
4. 元编程(metaprogramming)
所谓元编程,说白了就是“写能写程序的程序”,这说起来有点拗口,下面会通过实例来讲解。
4.1 开放类
可以重定义ruby中的任何类,并给它们扩充任何你想要的方法,甚至能让ruby完全瘫痪,比如重定义class.new方法。对于开发类来说,这种权衡主要考虑了自由,有这种重定义任何类或对象的自由,就能写出即为通俗易懂的代码,但也要明白,自由越大、能力越强,担负的责任也越重。
class numeric def inches self end def feet self * 12.inches end def miles self * 5280.feet end def back self * -1 end def forward self end end
上面的代码通过开放numeric类,就可以像这样采用最简单的语法实现用英寸表示距离:puts 10.miles.back,puts 2.feet.forward。
4.2 使用method_missing
ruby找不到某个方法时,会调用一个特殊的回调方法method_missing显示诊断信息。通过覆盖这个特殊方法,可以实现一些非常有趣且强大的功能。下面这个示例展示了如何用简洁的语法来实现罗马数字。
class roman # 覆盖self.method_missing方法 def self.method_missing name, *args roman = name.to_s roman.gsub!("iv", "iiii") roman.gsub!("ix", "viiii") roman.gsub!("xl", "xxxx") roman.gsub!("xc", "lxxxx") (roman.count("i") + roman.count("v") * 5 + roman.count("x") * 10 + roman.count("l") * 50 + roman.count("c") * 100) end end puts roman.iii # => 3 puts roman.xii # => 12
我们没有给roman类定义什么实际的方法,但已经可以roman类来表示任何罗马数字!其原理就是在没有找到定义方法时,把方法名称和参数传给method_missing执行。首先调用to_s把方法名转为字符串,然后将罗马数字“左减”特殊形式转换为“右加”形式(更容易计数),最后统计各个符号的个数和加权。
当然,如此强有力的工具也有其代价:类调试起来会更加困难,因为ruby再也不会告诉你找不到某个方法。因此method_missing是一把双刃剑,它确实可以让语法大大简化,但是要以人为地加强程序的健壮性为前提。
4.3 使用模块
ruby最流行的元编程方式,非模块莫属。下面的代码讲述如何用模块的方式扩展一个可以读取csv文件的类。
module actsascsv # 只要某个模块被另一模块include,就会调用被include模块的included方法 def self.included(base) base.extend classmethods end module classmethods def acts_as_csv include instancemethods end end module instancemethods attr_accessor :headers, :csv_contents def initialize read end def read @csv_contents = [] filename = self.class.to_s.downcase + '.txt' file = file.new(filename) @headers = file.gets.chomp.split(', ') # string的chomp方法去除字符串末尾的回车换行符 file.each do |row| @csv_contents << row.chomp.split(', ') end end end end # end of module actsascsv class rubycsv # 没有继承,可以自由添加 include actsascsv acts_as_csv end m = rubycsv.new puts m.headers.inspect puts m.csv_contents.inspect
上述代码中rubycsv包含了actsascsv,所以actsascsv的included方法中,base就指rubycsv,actsascsv模块给rubycsv类添加了唯一一个类方法acts_as_csv,这个方法又打开rubycsv类,并在类中包含了所有实例方法。如此这般,就写了一个会写程序的程序(通过模块来动态添加类方法)。
一些出色的ruby框架,如builder和activerecord,都会为了改善可读性而特别依赖元编程。借助元编程的威力,可以做到尽量缩短正确的ruby语法与日常用于之间的距离。注意一切都是为了提升代码可读性而服务。
5. 总结
ruby的纯面向对象可以让你用一致的方式来处理对象。鸭子类型根据对象可提供的方法,而不是对象的继承层次,实现了更切合实际的多态设计。ruby的模块和开放类,使程序员能把行为紧密结合到语法上,大大超越了类中定义的传统方法和实例变量。
核心优势:
(1)优雅的语法和强大的灵活性
(2)脚本:ruby是一门梦幻般的脚本语言,可以出色地完成许多任务。ruby许多语法糖可以大幅提高生产效率,各种各样的库和gem(ruby包)可以满足绝大多数日常需要。
(3)web开发:很多人学ruby最终就是为了用ruby on rails框架来进行web开发。作为一个极其成功的mvc框架,其有着广泛的社区支持及优雅的语法。twitter最初就是用ruby实现的,借助ruby无比强大的生产力,可以快速地开发出一个可推向市场的合格产品。
不足之处:
(1)性能:这是ruby的最大弱点。随着时代的发展,ruby的速度确实是越来越快。当然,ruby是创建目的为了改善程序员的体验,在对性能要求不高的应用场景下,性能换来生产效率的大幅提升无疑是值得的。
(2)并发和面向对象编程:面向对象是建立在状态包装一系列行为的基础上,但通常状态是会改变的。程序中存在并发时,这种编程策略就会引发严重问题。
(3)类型安全:静态类型可提供一整套工具,可以更轻松地构造语法树,也因此能实现各种ide。对ruby这种动态类型语言来说,实现ide就困难得多。
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