簡介： 假設(shè)您是一名 C++ 開發(fā)人員，您需要使用 Ruby 快速執(zhí)行一些原型設(shè)計。當(dāng)您拿起一本 Ruby 參考書籍（比如 Pickaxe）或瀏覽 Ruby 網(wǎng)站時，會看到一些熟悉的構(gòu)造，比如類聲明、線程支持和異常處理。正當(dāng)您認(rèn)為自己了解 Ruby 的工作原理之時，您意識到了，您 Ruby 代碼中的并發(fā)機制與 Boost 線程工作原理不一樣，catch 和 throw 也與它們看上去的大不相同，而且其他人在其 Ruby 腳本中各處使用了名為 self 的關(guān)鍵詞。歡迎來到 Ruby 的世界中！
如果您是一名 C++ 程序員且需要在 Ruby 環(huán)境中工作，那么您有一些功課要做。本文討論了 Ruby 新手可能會誤解的六個 Ruby 特性，特別是當(dāng)他或她來自一個類似但又不太相同的環(huán)境，比如 C++：
● Ruby 類層次結(jié)構(gòu)
● Ruby 中的單例方法
● self 關(guān)鍵詞
● method_missing 方法
● 異常處理
● 線程
注意：本文中所有的代碼均進(jìn)行測試，且基于 Ruby 版本 1.8.7。
Ruby 中的類層次結(jié)構(gòu)
Ruby 中的類層次結(jié)構(gòu)會很棘手。創(chuàng)建一個 Cat 類型的類并開始探討其層次結(jié)構(gòu)（參見 清單 1）。
清單 1. Ruby 中的隱式類層次結(jié)構(gòu)
irb(main):092:0> class Cat
irb(main):093:1> end
=> nil
irb(main):087:0> c = Cat.new
=> #Cat:0x2bacb68>
irb(main):088:0> c.class
=> Cat
irb(main):089:0> c.class.superclass
=> Object
irb(main):090:0> c.class.superclass.superclass
=> nil
irb(main):091:0> c.class.superclass.superclass.superclass
NoMethodError: undefined method `superclass' for nil:NilClass
from (irb):91
from :0
Ruby 中的所有對象（甚至用戶定義的對象）都是 Object 類的后代，這在清單 1 中清晰可見。這與 C++ 是鮮明的對比。這一點也不像普通數(shù)據(jù)類型，例如 C/C++ int 或 double。清單 2 顯示了整數(shù) 1 的類層次結(jié)構(gòu)。
清單 2. 整數(shù) 1 的類層次結(jié)構(gòu)
irb(main):100:0> 1.class
=> Fixnum
irb(main):101:0> 1.class.superclass
=> Integer
irb(main):102:0> 1.class.superclass.superclass
=> Numeric
irb(main):103:0> 1.class.superclass.superclass.superclass
=> Object
到目前為止一切順利。現(xiàn)在您知道了類本身是 Class 類型的對象。而 Class 最終派生自 Object，如 清單 3 中所示使用 Ruby 內(nèi)置的 String 類。
清單 3. 類的類層次結(jié)構(gòu)
irb(main):100:0> String.class
=> Class
irb(main):101:0> String.class.superclass
=> Module
irb(main):102:0> String.class.superclass.superclass
=> Object
Module 是 Class 的基類，但是使用它時有一點要注意，即您不能直接實例化用戶定義的 Module 對象。如果您不想深入 Ruby 內(nèi)部，最好考慮與 C++ 命名空間有類似特征的 Module：您可以定義您自己的方法、常量、等等。您在 Class 中包含了一個 Module，以及 voilà，Module 的所有元素現(xiàn)在會魔法般地成為 Class 的元素。清單 4 提供了一個示例。
清單 4. Module 不能進(jìn)行直接實例化，并且只能與類一同使用
irb(main):020:0> module MyModule
irb(main):021:1> def hello
irb(main):022:2> puts "Hello World"
irb(main):023:2> end
irb(main):024:1> end
irb(main):025:0> test = MyModule.new
NoMethodError: undefined method `new' for MyModule:Module
from (irb):25
irb(main):026:0> class MyClass
irb(main):027:1> include MyModule
irb(main):028:1> end
=> MyClass
irb(main):029:0> test = MyClass.new
=> #MyClass:0x2c18bc8>
irb(main):030:0> test.hello
Hello World
=> nil
下面再重申一下重點：當(dāng)您使用 Ruby 編寫 c = Cat.new 時，c 是派生自 Object 的 Cat 類型的一個對象。Cat 類是 Class 類型的一個對象，Class 派生自 Module，而 Module 又派生自 Object。因此該對象及其類型都是有效的 Ruby 對象。
單例方法和可編輯類
現(xiàn)在，看一下單例方法。假設(shè)您想使用 C++ 建模類似于人類社會的東西。那么您會如何做呢？定義一個名為 Human 的類，然后定義數(shù)百萬的 Human 對象？這更像是在建模一個呆板的社會；每個人必須具惟一的特征。Ruby 的單例方法在這里就派上了用場，如 清單 5 所示。
清單 5. Ruby 中的單例方法
irb(main):113:0> y = Human.new
=> #Human:0x319b6f0>
irb(main):114:0> def y.paint
irb(main):115:1> puts "Can paint"
irb(main):116:1> end
=> nil
irb(main):117:0> y.paint
Can paint
=> nil
irb(main):118:0> z = Human.new
=> #Human:0x3153fc0>
irb(main):119:0> z.paint
NoMethodError: undefined method `paint' for #Human:0x3153fc0>
from (irb):119
Ruby 中的單例方法 是僅與特定對象關(guān)聯(lián)的方法，不能用于一般的類。它們的前綴是對象名稱。在 清單 5 中，paint 方法特定于 y對象，而且僅限于 y 對象；z.paint 導(dǎo)致一個 “方法未定義” 錯誤。您可以調(diào)用 singleton_methods 來查明一個對象中的單例方法列表：
irb(main):120:0> y.singleton_methods
=> ["paint"]
不過在 Ruby 中有另一種定義單例方法的方式?？纯?清單 6 中的代碼。
清單 6. 創(chuàng)建單例方法的另一種方式
irb(main):113:0> y = Human.new
=> #Human:0x319b6f0>
irb(main):114:0> class y
irb(main):115:1> def sing
irb(main):116:1> puts "Can sing"
irb(main):117:1> end
irb(main):118:1>end
=> nil
irb(main):117:0> y.sing
Can sing
=> nil
清單 5 還開創(chuàng)了新的可能性，可以添加新方法到用戶定義的類和內(nèi)置的 Ruby 現(xiàn)有類，比如 String。這在 C++ 中是不可能實現(xiàn)的，除非您能夠訪問您使用的類的源代碼。再次觀察 String 類（清單 7）。
清單 7. Ruby 允許您修改一個現(xiàn)有的類
irb(main):035:0> y = String.new("racecar")
=> "racecar"
irb(main):036:0> y.methods.grep(/palindrome/)
=> [ ]
irb(main):037:0> class String
irb(main):038:1> def palindrome?
irb(main):039:2> self == self.reverse
irb(main):040:2> end
irb(main):041:1> end
irb(main):050:0> y.palindrome?
=> true
清單 7 清楚地展示了如何編輯一個現(xiàn)有的 Ruby 類來添加您自行選擇的方法。這里，我添加了 palindrome? 方法到 String 類。因此 Ruby 類在運行時是可編輯的（一個強大的屬性）。
現(xiàn)在您對 Ruby 的類層次結(jié)構(gòu)和單例有了一定的認(rèn)識，接下來我們來看 self。注意，在定義 palindrome? 方法時我使用了 self。
發(fā)現(xiàn) self
self 關(guān)鍵詞的最常見用法可能就是在 Ruby 類中聲明一個靜態(tài)方法，如 清單 8 所示。
清單 8. 使用 self 聲明類的靜態(tài)方法
class SelfTest
def self.test
puts "Hello World with self!"
end
end
class SelfTest2
def test
puts "This is not a class static method"
end
end
SelfTest.test
SelfTest2.test
從 清單 8 的輸出中可以看到（如 清單 9 所示），沒有對象您無法調(diào)用非靜態(tài)方法。該行為類似于 C++。
清單 9. 在沒有對象的情況下調(diào)用非靜態(tài)方法時會出錯
irb(main):087:0> SelfTest.test
Hello World with self!
=> nil
irb(main):088:0> SelfTest2.test
NoMethodError: undefined method 'test' for SelfTest2:Class
from (irb):88
在探討 self 更深奧的用途和含義之前，注意您也可以通過在方法名稱前面加上類名來在 Ruby 中定義一個靜態(tài)方法：
class TestMe
def TestMe.test
puts "Yet another static member function"
end
end
TestMe.test # works fine
清單 10 提供了 self 的一個更有趣但不太容易找到的用法。
清單 10. 使用元類來聲明靜態(tài)方法
class MyTest
class self
def test
puts "This is a class static method"
end
end
end
MyTest.test # works fine
該段代碼以一種稍微不同的方式將 test 定義為一個類靜態(tài)方法。要了解究竟發(fā)生了什么，您需要看一下 class self 語法的一些細(xì)節(jié)。class self … end 創(chuàng)建一個元類。在方法查找鏈中，在訪問對象的基類之前先搜索該對象的元類。如果您在元類中定義一個方法，可以在類上調(diào)用該方法。這類似于 C++ 中靜態(tài)方法的概念。
可以訪問一個元類嗎？是的：只需從 class self … end 內(nèi)返回 self。注意，在一個 Ruby 類聲明中，您沒有義務(wù)僅給出方法定義。清單 11 顯示了元類。
清單 11. 理解元類
irb(main):198:0> class MyTest
irb(main):199:1> end
=> nil
irb(main):200:0> y = MyTest.new
=> # MyTest:0x2d43fe0>
irb(main):201:0> z = class MyTest
irb(main):202:1> class self
irb(main):203:2> self
irb(main):204:2> end
irb(main):205:1> end
=> #Class: MyTest >
irb(main):206:0> z.class
=> Class
irb(main):207:0> y.class
=> MyTest
回到 清單 7 的代碼，您會看到 palindrome 被定義為 self == self.reverse。在該上下文中，self 與 C++ 沒有什么區(qū)別。C++和 Ruby 中的方法都需要一個操作對象，以修改或提取狀態(tài)信息。self 是指這里的這個對象。注意，可以通過附加 self 前綴來選擇性地調(diào)用公共方法，指明方法付諸作用的對象，如 清單 12 所示。
清單 12. 使用 self 調(diào)用方法
irb(main):094:0> class SelfTest3
irb(main):095:1> def foo
irb(main):096:2> self.bar()
irb(main):097:2> end
irb(main):098:1> def bar
irb(main):099:2> puts "Testing Self"
irb(main):100:2> end
irb(main):101:1> end
=> nil
irb(main):102:0> test = SelfTest3.new
=> #SelfTest3:0x2d15750>
irb(main):103:0> test.foo
Testing Self
=> nil
在 Ruby 中您無法通過附加 self 關(guān)鍵詞前綴來調(diào)用私有方法。對于一名 C++ 開發(fā)人員，這可能會有點混淆。清單 13 中的代碼明確表示，self 不能用于私有方法：對私有方法的調(diào)用只能針對隱式對象。
清單 13. self 不能用于私有方法調(diào)用
irb(main):110:0> class SelfTest4
irb(main):111:1> def method1
irb(main):112:2> self.method2
irb(main):113:2> end
irb(main):114:1> def method3
irb(main):115:2> method2
irb(main):116:2> end
irb(main):117:1> private
irb(main):118:1> def method2
irb(main):119:2> puts "Inside private method"
irb(main):120:2> end
irb(main):121:1> end
=> nil
irb(main):122:0> y = SelfTest4.new
=> #SelfTest4:0x2c13d80>
irb(main):123:0> y.method1
NoMethodError: private method `method2' called for #SelfTest4:0x2c13d80>
from (irb):112:in `method1'
irb(main):124:0> y.method3
Inside private method
=> nil
由于 Ruby 中的一切都是對象，當(dāng)在 irb 提示符上調(diào)用 self 時您會得到以下結(jié)果：
irb(main):104:0> self
=> main
irb(main):105:0> self.class
=> Object
一啟動 irb，Ruby 解釋器就為您創(chuàng)建主對象。這一主對象在 Ruby 相關(guān)的文章中也被稱為頂層上下文。
關(guān)于 self 就介紹這么多了。下面我們接著來看動態(tài)方法和 method_missing 方法。
method_missing 揭秘
看一下 清單 14 中的 Ruby 代碼。
清單 14. 運行中的 method_missing
irb(main):135:0> class Test
irb(main):136:1> def method_missing(method, *args)
irb(main):137:2> puts "Method: #{method} Args: (#{args.join(', ')})"
irb(main):138:2> end
irb(main):139:1> end
=> nil
irb(main):140:0> t = Test.new
=> #Test:0x2c7b850>
irb(main):141:0> t.f(23)
Method: f Args: (23)
=> nil
顯然，如果 voodoo 是您喜歡的，那么清單 14 會給您這個恩典。這里發(fā)生什么了呢？我們創(chuàng)建了一個 Test 類型的對象，然后調(diào)用了t.f，以 23 作為參數(shù)。但是 Test 沒有以 f 作為方法，您應(yīng)當(dāng)會得到一個 NoMethodError 或類似的錯誤消息。Ruby 在這里做了一件很棒的事情：您的方法調(diào)用被阻截并由 method_missing 處理。method_missing 的第一個參數(shù)是缺失的方法名，在本例中是f。第二個（也是最后一個）參數(shù)是 *args，該參數(shù)捕獲傳遞給 f 的參數(shù)。您可以在何處使用像這樣的參數(shù)呢？在眾多選項之中，您可以輕松地將方法調(diào)用轉(zhuǎn)發(fā)到一個包含的 Module 或一個組件對象，而不為頂級類中的每個調(diào)用顯式提供一個包裝應(yīng)用程序編程接口。
在 清單 15 中查看更多 voodoo。
清單 15. 使用 send 方法將參數(shù)傳遞給一個例程
irb(main):142:0> class Test
irb(main):143:1> def method1(s, y)
irb(main):144:2> puts "S: #{s} Y: #{y}"
irb(main):145:2> end
irb(main):146:1> end
=> nil
irb(main):147:0>t = Test.new
irb(main):148:0> t.send(:method1, 23, 12)
S: 23 Y: 12
=> nil
在 清單 15 中，class Test 有一個名為 method1 的方法被定義。但是，這里沒有直接調(diào)用方法，而是發(fā)出對 send 方法的調(diào)用。send 是 Object 類的一個公共方法，因此可用于 Test（記住，所有類都派生自 Object）。send 方法的第一個參數(shù)是表示方法名稱的一個符號和字符串。send 方法可以做到哪些您通常無法做到的事情？您可以使用 send 方法訪問一個類的私有方法。當(dāng)然，對于這是否是一個好特性仍然頗具爭議。看一下 清單 16 中的代碼。
清單 16. 訪問類私有方法
irb(main):258:0> class SendTest
irb(main):259:1> private
irb(main):260:1> def hello
irb(main):261:2> puts "Saying Hello privately"
irb(main):262:2> end
irb(main):263:1> end
=> nil
irb(main):264:0> y = SendTest.new
=> # SendTest:0x2cc52c0>
irb(main):265:0> y.hello
NoMethodError: private method `hello' called for # SendTest:0x2cc52c0>
from (irb):265
irb(main):266:0> y.send(:hello)
Saying Hello privately
=> nil
Throw 和 catch 并非表面那樣
如果您像我一樣具有 C++ 工作背景，且試圖編寫異常安全代碼，那么在看到 Ruby 有 throw 和 catch 關(guān)鍵詞時會開始感到異常親切。遺憾的是，throw 和 catch 在 Ruby 中的含義完全不同。
Ruby 通常使用 begin…rescue 塊處理異常。清單 17 提供了一個示例。
清單 17. Ruby 中的異常處理
begin
f = File.open("ruby.txt")
# .. continue file processing
rescue ex => Exception
# .. handle errors, if any
ensure
f.close unless f.nil?
# always execute the code in ensure block
end
在 清單 17 中，如果在試圖打開文件時出錯（可能是缺少文件或文件權(quán)限方面的問題），rescue 塊中的代碼會運行。ensure 塊中的代碼始終運行，不管是否有任何異常引發(fā)。注意，rescue 塊后面是否緊跟 ensure 塊是可選的。另外，如果必須顯式地拋出一個異常，那么語法是 raise MyException>。如果您選擇擁有您自己的異常類，可能會希望從 Ruby 內(nèi)置的 Exception 類派生出相同的類，以利用現(xiàn)有方法。
Ruby 中的 catch 和 throw 代碼塊實際上不是異常處理：您可以使用 throw 修改程序流程。清單 18 顯示了一個使用 throw 和 catch的示例。
清單 18. Ruby 中的 Throw 和 catch
irb(main):185:0> catch :label do
irb(main):186:1* puts "This will print"
irb(main):187:1> throw :label
irb(main):188:1> puts "This will not print"
irb(main):189:1> end
This will print
=> nil
在 清單 18 中，當(dāng)代碼運行到 throw 語句時，執(zhí)行會被中斷，解釋器開始尋找處理相應(yīng)符號的一個 catch 塊。在 catch 塊結(jié)束的地方繼續(xù)執(zhí)行。查看 清單 19 中的 throw 和 catch 示例：注意，您可以輕松將 catch 和 throw 語句用于各個函數(shù)。
有些人甚至說，Ruby 中對 catch 和 throw 的支持將 C goto 行為帶到一個全新的高度。鑒于函數(shù)可以有多個嵌套層，而 catch 塊可能在每一級，goto 行為類比似乎有據(jù)可循。
清單 19. Ruby 中的異常處理：嵌套的 catch 塊
irb(main):190:0> catch :label do
irb(main):191:1* catch :label1 do
irb(main):192:2* puts "This will print"
irb(main):193:2> throw :label
irb(main):194:2> puts "This won't print"
irb(main):195:2> end
irb(main):196:1> puts "Neither will this print"
irb(main):197:1> end
This will print
=> nil
Ruby 中的線程可以是綠色的
Ruby 版本 1.8.7 不支持真正的并發(fā)性。確實不支持。但是您會說，在 Ruby 中有 Thread 構(gòu)造函數(shù)。您說的沒錯。不過這個Thread.new 不會在您每次調(diào)用同一方法時生成一個真實的操作系統(tǒng)線程。Ruby 支持的是綠色線程：Ruby 解釋器使用單一操作系統(tǒng)線程來處理來自多個應(yīng)用程序級線程的工作負(fù)載。
當(dāng)某個線程等待一些輸入/輸出發(fā)生時，這一 “綠色線程” 概念很有用，而且您可以輕松調(diào)度一個不同的 Ruby 線程來充分利用 CPU。但是這一構(gòu)造函數(shù)無法使用現(xiàn)代的多核 CPU（維基百科提供了一段內(nèi)容，很好地解釋了什么是綠色線程。參見 參考資料 獲取鏈接）。
最后這一個示例（參見 清單 20）證明了這一點。
清單 20. Ruby 中的多個線程
#!/usr/bin/env ruby
def func(id, count)
i = 0;
while (i count)
puts "Thread #{i} Time: #{Time.now}"
sleep(1)
i = i + 1
end
end
puts "Started at #{Time.now}"
thread1 = Thread.new{func(1, 100)}
thread2 = Thread.new{func(2, 100)}
thread3 = Thread.new{func(3, 100)}
thread4 = Thread.new{func(4, 100)}
thread1.join
thread2.join
thread3.join
thread4.join
puts "Ending at #{Time.now}"
假設(shè)您的 Linux? 或 UNIX? 機器上擁有 top 實用程序，在終端運行代碼，獲取進(jìn)程 ID，然后再運行 top –p process id>。top啟動后，按住 Shift-H 來列出運行中線程的數(shù)量。您應(yīng)當(dāng)只能看到一個線程，確認(rèn)了這一點：Ruby 1.8.7 中的并發(fā)性不過是個神話。
總的看來，綠色線程沒有什么壞處。它們在重負(fù)荷輸入/輸出密集型程序中仍然有用，更不用說該方法可能是操作系統(tǒng)間最可移植的一個了。
結(jié)束語
本文涵蓋了以下多個方面：
● Ruby 中類層次結(jié)構(gòu)的概念
● 單例方法
● 解釋 self 關(guān)鍵詞和 method_missing 方法
● 異常
● 線程
盡管 Ruby 不乏特立獨行之處，但是使用它進(jìn)行編程還是挺有趣的，而且其以最少的代碼完成大量工作的能力還是很強大的。難怪 Twitter 這樣的大型應(yīng)用程序會使用 Ruby 來駕馭其真正的潛力。祝您有個快樂的 Ruby 編程體驗！
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