Ruby的语言特性有哪些？

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。