Ruby的語(yǔ)法和語(yǔ)言特性總結(jié)

Ruby是一種解釋型、面向?qū)ο蟆?dòng)態(tài)類型的語(yǔ)言。Ruby采取的策略是在靈活性和運(yùn)行時(shí)安全之間尋找平衡點(diǎn)。隨著Rails框架的出現(xiàn)，Ruby也在2006年前后一鳴驚人，同時(shí)也指引人們重新找回編程樂(lè)趣。盡管從執(zhí)行速度上說(shuō)，Ruby談不上有多高效，但它卻能讓程序員的編程效率大幅提高。本文將講述Ruby語(yǔ)言的基礎(chǔ)語(yǔ)言特性，包括基本的語(yǔ)法及代碼塊和類的定義。

1. 基礎(chǔ)
在Ruby交互命令行中輸入以下命令（>>為命令行提示符，=>為返回值；下文將把=>符號(hào)和語(yǔ)句寫在一行內(nèi)表明其返回值）：

>> puts 'hello, world'
hello, world
=> nil

>> language = 'Ruby'
=> "Ruby"

>> puts "hello, #{language}"
hello, Ruby
=> nil

以上代碼使用puts輸出，給變量賦值，并用#{}的語(yǔ)法實(shí)現(xiàn)字符串替換。這表明Ruby是解釋執(zhí)行的；變量無(wú)需聲明即可直接初始化和賦值；每條Ruby代碼都會(huì)返回某個(gè)值；單引號(hào)包含的字符串表示它將直接被解釋，雙引號(hào)包含的字符串會(huì)引發(fā)字符串替換。

1.1 編程模型

Ruby是一門純面向?qū)ο笳Z(yǔ)言，在Ruby中一切皆為對(duì)象，可以用“.”調(diào)用對(duì)象具有的方法，可以通過(guò)class和methods方法查看對(duì)象的類型及支持的方法，如4.class => Fixnum，7.methods => ["inspect", "%", "", "numerator", ...]，false.class => FalseClass（方括號(hào)表示數(shù)組）。

1.2 流程控制

條件判斷有正常的塊形式，也有簡(jiǎn)單明了的單行形式；除了常見(jiàn)的if語(yǔ)句外，還有unless語(yǔ)句（等價(jià)于if not，但可讀性更強(qiáng)）。同理，循環(huán)也有正常的塊形式和單行形式。注意：除了nil和false之外，其他值都代表true，包括0！

# 塊形式
if x == 4
 puts 'This is 4.'
end
# 單行形式
puts 'This is false.' unless true
x = x + 1 while x  10 # x的結(jié)果為10
x = x - 1 until x == 1 # x的結(jié)果為1

和其他C家族的語(yǔ)言差不多，Ruby的邏輯運(yùn)算符and（）、or（||）都自帶短路功能，若想執(zhí)行整個(gè)表達(dá)式，可以用或|

1.3 鴨子類型

執(zhí)行4 + 'four'會(huì)出現(xiàn)TypeError的錯(cuò)誤，說(shuō)明Ruby是強(qiáng)類型語(yǔ)言，在發(fā)生類型沖突時(shí)，將得到一個(gè)錯(cuò)誤。如果把個(gè)語(yǔ)句放在def...end函數(shù)定義中，則只有在調(diào)用函數(shù)時(shí)才會(huì)報(bào)錯(cuò)，說(shuō)明Ruby在運(yùn)行時(shí)而非編譯時(shí)進(jìn)行類型檢查，這稱為動(dòng)態(tài)類型。Ruby的類型系統(tǒng)有自己的潛在優(yōu)勢(shì)，即多個(gè)類不必繼承自相同的父類就能以“多態(tài)”的方式使用：

a = ['100', 100.0]
puts a[0].to_i # => 100
puts a[1].to_i # => 100

這就是所謂的“鴨子類型”（duck typing）。數(shù)組的第一個(gè)元素是String類型，第二個(gè)元素是Float類型，但轉(zhuǎn)換成整數(shù)用的都是to_i。鴨子類型并不在乎其內(nèi)在類型是什么，只要一個(gè)對(duì)象像鴨子一樣走路，像鴨子一樣嘎嘎叫，那它就是只鴨子。在面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)思想中，有一個(gè)重要原則：對(duì)接口編碼，不對(duì)實(shí)現(xiàn)編碼。如果利用鴨子類型，實(shí)現(xiàn)這一原則只需極少的額外工作，就能輕松完成。

1.4 函數(shù)

def tell_the_truth
 true
end

每個(gè)函數(shù)都會(huì)返回結(jié)果，如果沒(méi)有顯式指定返回值，函數(shù)就將退出函數(shù)前最后處理的表達(dá)式的值返回。函數(shù)也是個(gè)對(duì)象，可以作為參數(shù)傳給其他函數(shù)。

1.5 數(shù)組

和Python一樣，Ruby的數(shù)組也是用中括號(hào)來(lái)定義，如animals = ['lion', 'tiger', 'bear']；負(fù)數(shù)下標(biāo)可以返回倒數(shù)的元素，如animals[-1] => "bear"；通過(guò)指定一個(gè)Range對(duì)象來(lái)獲取一個(gè)區(qū)段的元素，如animals[1..2] => ['tiger', 'bear']。此外，數(shù)組元素可以互不相同，多為數(shù)組也不過(guò)是數(shù)組的數(shù)組。數(shù)組擁有極其豐富的API，可用其實(shí)現(xiàn)隊(duì)列、鏈表、棧、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!"

散列表可以帶任何類型的鍵，上述代碼的stuff的鍵較為特殊——它是一個(gè)符號(hào)（symbol），前面帶有冒號(hào)標(biāo)識(shí)符。符號(hào)在給事物和概念命名時(shí)很好用，例如兩個(gè)同值字符串在物理上不同，但相同的符號(hào)卻是同一物理對(duì)象，可以通過(guò)反復(fù)調(diào)用'i am string'.object_id和:symbol.object_id來(lái)觀察。另外，當(dāng)散列表用作函數(shù)最后一個(gè)參數(shù)時(shí)，大括號(hào)可有可無(wú)，如tell_the_truth :profession => :lawyer。

2. 面向?qū)ο?br /> 2.1 代碼塊

代碼塊是沒(méi)有名字的函數(shù)（匿名函數(shù)），可以用作參數(shù)傳遞給函數(shù)。代碼塊只占一行時(shí)用大括號(hào)包起來(lái)，占多行是用do/end包起來(lái)，可以帶若干個(gè)參數(shù)。

3.times {puts 'hehe'} # 輸出3行hehe
['lion', 'tiger', 'bear'].each {|animal| puts animal} # 輸出列表的內(nèi)容

上面的times實(shí)際上是Fixnum類型的方法，要自己實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)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'} # 輸出3行hehe

這段代碼打開一個(gè)現(xiàn)有的類，向其中添加一個(gè)自定義的my_times方法，并用yield調(diào)用代碼塊。在Ruby中，代碼塊不僅可用于循環(huán)，還可用于延遲執(zhí)行，即代碼塊中的行為只有等到調(diào)用相關(guān)的yield時(shí)才會(huì)執(zhí)行。代碼塊充斥于Ruby的各種庫(kù)，小到文件的每一行，大到在集合上進(jìn)行各種復(fù)雜操作，都是由代碼塊來(lái)完成的。

2.2 類

調(diào)用一個(gè)對(duì)象的class方法可以查看其類型，調(diào)用superclass可以查看這個(gè)類型的父類。下圖展示了數(shù)字的繼承鏈，其中橫向箭頭表示右邊是左邊實(shí)例化的對(duì)象，縱向箭頭表示下邊繼承于上邊。Ruby的一切事物都有一個(gè)共同的祖先Object。

最后通過(guò)一個(gè)完整的實(shí)例——定義一棵樹，來(lái)看下Ruby的類如何定義和使用，該注意的點(diǎn)都寫在注釋里面了。

class Tree
 # 定義實(shí)例變量，使用attr或attr_accessor關(guān)鍵字，前者定義變量和訪問(wèn)變量的同名getter方法（即只讀），后者定義的變量多了同名setter方法（注意這里使用了符號(hào)）
 attr_accessor :children, :node_name

 # 構(gòu)造方法（構(gòu)造方法必須命名為initialize）
 def initialize(name, children=[])
  @node_name = name
  @children = children
 end

 # 遍歷所有節(jié)點(diǎn)并執(zhí)行代碼塊block，注意參數(shù)前加一個(gè)表示將代碼塊作為閉包傳遞給函數(shù)
 def visit_all(block)
  visit block
  children.each {|c| c.visit_all block}
 end

 # 訪問(wèn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)并執(zhí)行代碼塊block
 def visit(block)
  block.call self
 end
end

ruby_tree = Tree.new("Ruby", 
 [Tree.new("Reia"),
  Tree.new("MacRuby")])
# 訪問(wèn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)
ruby_tree.visit {|node| puts node.node_name}
# 訪問(wèn)整棵樹
ruby_tree.visit_all {|node| puts "Node: #{node.node_name}"}

再提一下Ruby的命名規(guī)范：

（1）類采用CamelCase命名法
（2）實(shí)例變量（一個(gè)對(duì)象有一個(gè)值）前必須加上@，類變量（一個(gè)類有一個(gè)值）前必須加上@@
（3）變量和方法名全小寫用下劃線命名法，如underscore_style
（4）常量采用全大寫下劃線命名法，如ALL_CAPS_STYLE
（5）用于邏輯測(cè)試的函數(shù)和方法一般要加上問(wèn)號(hào)，如if test?

3. 模塊與混入（Mixin）
面向?qū)ο笳Z(yǔ)言利用繼承，將行為傳播到相似的對(duì)象上。若一個(gè)對(duì)象像繼承多種行為，一種做法是用多繼承，如C++；Java采用接口解決這一問(wèn)題，Ruby采用模塊Mixin。模塊是函數(shù)和常量的集合，若在類中包含一個(gè)模塊，那么該模塊的行為和常量也會(huì)成為類的一部分。

# 定義模塊ToFile
module ToFile
 # 獲取文件名
 def filename
  "object_name.txt"
 end

 # 創(chuàng)建文件
 def to_f
  File.open(filename, 'w') {|f| f.write(to_s)} # 注意這里to_s在其他地方定義！
 end
end

# 定義用戶類
class Person
 include ToFile
 attr_accessor :name

 def initialize(name)
  @name = name
 end

 def to_s
  name
 end
end

Person.new('matz').to_f # 創(chuàng)建了一個(gè)文件object_name.txt，里面包含內(nèi)容matz

上面的代碼很好理解，只是有一點(diǎn)要注意：to_s在模塊中使用，在類中實(shí)現(xiàn)，但定義模塊的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)它的類甚至還沒(méi)有定義。這正是鴨子類型的精髓所在。寫入文件的能力，和Person這個(gè)類沒(méi)有一點(diǎn)關(guān)系（一個(gè)類就應(yīng)該做屬于它自己的事情），但實(shí)際開發(fā)又需要把Person類寫入文件這種額外功能，這時(shí)候mixin就可以輕松勝任這種要求。

Ruby有兩個(gè)重要的mixin：枚舉（enumerable）和比較（comparable）。若想讓類可枚舉，必須實(shí)現(xiàn)each方法；若想讓類可比較，必須實(shí)現(xiàn)=>（太空船）操作符（比較a,b兩操作數(shù)，返回1、0或-1）。Ruby的字符串可以這樣比較：'begin' => 'end => -1。數(shù)組有很多好用的方法：

a = [5, 3, 4, 1]
a.sort => [1, 3, 4, 5] # 整數(shù)已通過(guò)Fixnum類實(shí)現(xiàn)太空船操作符，因此可比較可排序
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 # 第一個(gè)參數(shù)是代碼塊上一次執(zhí)行的結(jié)果，若不設(shè)初始值，則使用列表第一個(gè)值作為初始值

4. 元編程（metaprogramming）
所謂元編程，說(shuō)白了就是“寫能寫程序的程序”，這說(shuō)起來(lái)有點(diǎn)拗口，下面會(huì)通過(guò)實(shí)例來(lái)講解。

4.1 開放類

可以重定義Ruby中的任何類，并給它們擴(kuò)充任何你想要的方法，甚至能讓Ruby完全癱瘓，比如重定義Class.new方法。對(duì)于開發(fā)類來(lái)說(shuō)，這種權(quán)衡主要考慮了自由，有這種重定義任何類或?qū)ο蟮淖杂?，就能寫出即為通俗易懂的代碼，但也要明白，自由越大、能力越強(qiáng)，擔(dān)負(fù)的責(zé)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

上面的代碼通過(guò)開放Numeric類，就可以像這樣采用最簡(jiǎn)單的語(yǔ)法實(shí)現(xiàn)用英寸表示距離：puts 10.miles.back，puts 2.feet.forward。

4.2 使用method_missing

Ruby找不到某個(gè)方法時(shí)，會(huì)調(diào)用一個(gè)特殊的回調(diào)方法method_missing顯示診斷信息。通過(guò)覆蓋這個(gè)特殊方法，可以實(shí)現(xiàn)一些非常有趣且強(qiáng)大的功能。下面這個(gè)示例展示了如何用簡(jiǎn)潔的語(yǔ)法來(lái)實(shí)現(xiàn)羅馬數(shù)字。

class Roman
 # 覆蓋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

我們沒(méi)有給Roman類定義什么實(shí)際的方法，但已經(jīng)可以Roman類來(lái)表示任何羅馬數(shù)字！其原理就是在沒(méi)有找到定義方法時(shí)，把方法名稱和參數(shù)傳給method_missing執(zhí)行。首先調(diào)用to_s把方法名轉(zhuǎn)為字符串，然后將羅馬數(shù)字“左減”特殊形式轉(zhuǎn)換為“右加”形式（更容易計(jì)數(shù)），最后統(tǒng)計(jì)各個(gè)符號(hào)的個(gè)數(shù)和加權(quán)。

當(dāng)然，如此強(qiáng)有力的工具也有其代價(jià)：類調(diào)試起來(lái)會(huì)更加困難，因?yàn)镽uby再也不會(huì)告訴你找不到某個(gè)方法。因此method_missing是一把雙刃劍，它確實(shí)可以讓語(yǔ)法大大簡(jiǎn)化，但是要以人為地加強(qiáng)程序的健壯性為前提。

4.3 使用模塊

Ruby最流行的元編程方式，非模塊莫屬。下面的代碼講述如何用模塊的方式擴(kuò)展一個(gè)可以讀取csv文件的類。

module ActsAsCsv

 # 只要某個(gè)模塊被另一模塊include，就會(huì)調(diào)用被include模塊的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車換行符
   file.each do |row|
    @csv_contents  row.chomp.split(', ')
   end
  end
 end

end # end of module ActsAsCsv

class RubyCsv  # 沒(méi)有繼承，可以自由添加
 include ActsAsCsv
 acts_as_csv
end

m = RubyCsv.new
puts m.headers.inspect
puts m.csv_contents.inspect

上述代碼中RubyCsv包含了ActsAsCsv，所以ActsAsCsv的included方法中，base就指RubyCsv，ActsAsCsv模塊給RubyCsv類添加了唯一一個(gè)類方法acts_as_csv，這個(gè)方法又打開RubyCsv類，并在類中包含了所有實(shí)例方法。如此這般，就寫了一個(gè)會(huì)寫程序的程序（通過(guò)模塊來(lái)動(dòng)態(tài)添加類方法）。

一些出色的Ruby框架，如Builder和ActiveRecord，都會(huì)為了改善可讀性而特別依賴元編程。借助元編程的威力，可以做到盡量縮短正確的Ruby語(yǔ)法與日常用于之間的距離。注意一切都是為了提升代碼可讀性而服務(wù)。

5. 總結(jié)
Ruby的純面向?qū)ο罂梢宰屇阌靡恢碌姆绞絹?lái)處理對(duì)象。鴨子類型根據(jù)對(duì)象可提供的方法，而不是對(duì)象的繼承層次，實(shí)現(xiàn)了更切合實(shí)際的多態(tài)設(shè)計(jì)。Ruby的模塊和開放類，使程序員能把行為緊密結(jié)合到語(yǔ)法上，大大超越了類中定義的傳統(tǒng)方法和實(shí)例變量。
核心優(yōu)勢(shì)：
（1）優(yōu)雅的語(yǔ)法和強(qiáng)大的靈活性
（2）腳本：Ruby是一門夢(mèng)幻般的腳本語(yǔ)言，可以出色地完成許多任務(wù)。Ruby許多語(yǔ)法糖可以大幅提高生產(chǎn)效率，各種各樣的庫(kù)和gem（Ruby包）可以滿足絕大多數(shù)日常需要。
（3）Web開發(fā)：很多人學(xué)Ruby最終就是為了用Ruby on Rails框架來(lái)進(jìn)行Web開發(fā)。作為一個(gè)極其成功的MVC框架，其有著廣泛的社區(qū)支持及優(yōu)雅的語(yǔ)法。Twitter最初就是用Ruby實(shí)現(xiàn)的，借助Ruby無(wú)比強(qiáng)大的生產(chǎn)力，可以快速地開發(fā)出一個(gè)可推向市場(chǎng)的合格產(chǎn)品。
不足之處：
（1）性能：這是Ruby的最大弱點(diǎn)。隨著時(shí)代的發(fā)展，Ruby的速度確實(shí)是越來(lái)越快。當(dāng)然，Ruby是創(chuàng)建目的為了改善程序員的體驗(yàn)，在對(duì)性能要求不高的應(yīng)用場(chǎng)景下，性能換來(lái)生產(chǎn)效率的大幅提升無(wú)疑是值得的。
（2）并發(fā)和面向?qū)ο缶幊蹋好嫦驅(qū)ο笫墙⒃跔顟B(tài)包裝一系列行為的基礎(chǔ)上，但通常狀態(tài)是會(huì)改變的。程序中存在并發(fā)時(shí)，這種編程策略就會(huì)引發(fā)嚴(yán)重問(wèn)題。
（3）類型安全：靜態(tài)類型可提供一整套工具，可以更輕松地構(gòu)造語(yǔ)法樹，也因此能實(shí)現(xiàn)各種IDE。對(duì)Ruby這種動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)IDE就困難得多。