Текст книги "Программирование на языке Ruby"
Автор книги: Хэл Фултон
Жанр:
Программирование
сообщить о нарушении
Текущая страница: 6 (всего у книги 56 страниц) [доступный отрывок для чтения: 20 страниц]
1.4. Динамические аспекты Ruby
Ruby – динамический язык в том смысле, что объекты и классы можно изменять во время выполнения. Ruby позволяет конструировать и интерпретировать фрагменты кода в ходе выполнения статически написанной программы. В нем есть хитроумный API отражения, с помощью которого программа может получать информацию о себе самой. Это позволяет сравнительно легко создавать отладчики, профилировщики и другие подобные инструменты, а также применять нетривиальные способы кодирования.
Наверное, это самая трудная тема для программиста, приступающего к изучению Ruby. В данном разделе мы вкратце рассмотрим некоторые следствия, вытекающие из динамической природы языка.
1.4.1. Кодирование во время выполненияМы уже упоминали директивы load и require. Важно понимать, что это не встроенные предложения и не управляющие конструкции; на самом деле это методы. Поэтому их можно вызывать, передавая переменные или выражения как параметры, в том числе условно. Сравните с директивой #include в языках С и C++, которая обрабатывается во время компиляции.
Код можно строить и интерпретировать по частям. В качестве несколько искусственного примера рассмотрим приведенный ниже метод calculate и вызывающий его код:
def calculate(op1, operator, op2)
string = op1.to_s + operator + op2.to_s
# Предполагается, что operator – строка; построим длинную
# строку, состоящую из оператора и операндов.
eval(string) # Вычисляем и возвращаем значение.
end
@alpha = 25
@beta = 12
puts calculate(2, "+",2) # Печатается 4
puts calculate(5, "*", "@alpha") # Печатается 125
puts calculate("@beta", "**", 3) # Печатается 1728
Вот та же идея, доведенная чуть ли не до абсурда: программа запрашивает у пользователя имя метода и одну строку кода. Затем этот метод определяется и вызывается:
puts "Имя метода: "
meth_name = gets
puts "Строка кода: "
code = gets
string = %[def #{meth_name}n #{code}n end] # Строим строку.
eval(string) # Определяем метод.
eval(meth_name) # Вызываем метод.
Зачастую необходимо написать программу, которая могла бы работать на разных платформах или при разных условиях, но при этом сохранить общий набор исходных текстов. Для этого в языке С применяются директивы #ifdef, но в Ruby все определения исполняются. Не существует такого понятия, как «этап компиляции»; все конструкции динамические, а не статические. Поэтому для принятия решения такого рода мы можем просто вычислить условие во время выполнения:
if platform == Windows
action1
elsif platform == Linux
action2
else
default_action
end
Конечно, за такое кодирование приходится расплачиваться некоторым снижением производительности, поскольку иногда условие вычисляется много раз. Но рассмотрим следующий пример, который делает практически то же самое, однако весь платформенно-зависимый код помещен в один метод, имя которого от платформы не зависит:
if platform == Windows
def my_action
action1
end
elsif platform == Linux
def my_action
action2
end
else
def my_action
default_action
end
end
Таким способом мы достигаем желаемого результата, но условие вычисляется только один раз. Когда программа вызовет метод my_action, он уже будет правильно определен.
В языках Smalltalk, LISP и Java реализована (с разной степенью полноты) идея рефлексивного программирования – активная среда может опрашивать структуру объектов и расширять либо модифицировать их во время выполнения.
В языке Ruby имеется развитая поддержка отражения, но все же он не заходит так далеко, как Smalltalk, где даже управляющие конструкции являются объектами. В Ruby управляющие конструкции и блоки не представляют собой объекты. (Объект Proc можно использовать для того, чтобы представить блок в виде объекта, но управляющие конструкции объектами не бывают никогда.)
Для определения того, используется ли идентификатор с данным именем, служит ключевое слово defined? (обратите внимание на вопросительный знак в конце слова):
if defined? some_var
puts "some_var = #{some_var}"
else
puts "Переменная some_var неизвестна."
end
Аналогично метод respond_to? выясняет, может ли объект отвечать на вызов указанного метода (то есть определен ли данный метод для данного объекта). Метод respond_to? определен в классе Object.
В Ruby запрос информации о типе во время выполнения поддерживается очень полно. Тип или класс объекта можно определить, воспользовавшись методом type (из класса Object). Метод is_a? сообщает, принадлежит ли объект некоторому классу (включая и его суперклассы); синонимом служит имя kind_of?. Например:
puts "abc".class "" # Печатается String
puts 345.class # Печатается Fixnum
rover = Dog.new
print rover.class # Печатается Dog
if rover.is_a? Dog
puts "Конечно, является."
end
if rover.kind_of? Dog
puts "Да, все еще собака."
end
if rover.is_a? Animal
puts "Да, он к тому же и животное."
end
Можно получить полный список всех методов, которые можно вызвать для данного объекта. Для этого предназначен метод methods из класса Object. Имеются также его варианты private_instance_methods, public_instance_methods и т.д.
Аналогично можно узнать, какие переменные класса или экземпляра ассоциированы с данным объектом. По самой природе ООП в перечни методов и переменных включаются те, что определены как в классе самого объекта, так и во всех его суперклассах. В классе Module имеется метод constants, позволяющий получить список всех констант, определенных в модуле.
В классе Module есть метод ancestors, возвращающий список модулей, включенных в данный модуль. В этот список входит и сам данный модуль, то есть список, возвращаемый вызовом Mod.ancestors, содержит по крайней мере элемент Mod. В этот список входят не только родительские классы (отобранные в силу наследования), но и «родительские» модули (отобранные в силу включения).
В классе Object есть метод superclass, который возвращает суперкласс объекта или nil. Не имеет суперкласса лишь класс Object, и, значит, только для него может быть возвращен nil.
Модуль ObjectSpace применяется для получения доступа к любому «живому» объекту. Метод _idtoref преобразует идентификатор объекта в ссылку на него; можно считать, что это операция, обратная той, что выполняет двоеточие в начале имени. В модуле ObjectSpace есть также итератор each_object, который перебирает все существующие в данный момент объекты, включая и те, о которых иным образом узнать невозможно. (Напомним, что некоторые неизменяемые объекты небольшого размера, например принадлежащие классам Fixnum, NilClass, TrueClass и FalseClass, не хранятся в куче из соображений оптимизации.)
При вызове метода (myobject.mymethod) Ruby ищет поименованный метод в следующем порядке:
1. Синглетные методы, определенные для объекта myobject.
2. Методы, определенные в классе объекта myobject.
3. Методы, определенные в предках класса объекта myobject.
Если найти метод mymethod не удается, Ruby ищет метод с именем method_missing. Если он определен, то ему передается имя отсутствующего метода (в виде символа) и все переданные ему параметры. Этот механизм можно применять для динамической обработки неизвестных сообщений, посланных во время выполнения.
Управлять памятью на низком уровне трудно и чревато ошибками, особенно в таком динамичном окружении, какое создает Ruby. Наличие механизма сборки мусора – весомое преимущество. В таких языках, как C++, за выделение и освобождение памяти отвечает программист. В более поздних языках, например Java, память освобождается сборщиком мусора (когда объект покидает область видимости).
Явное управление памятью может приводить к двум видам ошибок. Если освобождается память, занятая объектом, на который еще есть ссылки, то при последующем доступе к нему объект может оказаться в противоречивом состоянии. Так называемые висячие указатели трудно отлаживать, поскольку вызванные ими ошибки часто проявляются далеко от места возникновения. Утечка памяти имеет место, когда не освобождается объект, на который больше никто не ссылается. В этом случае программа потребляет все больше и больше памяти и в конечном счете аварийно завершается; такие ошибки искать тоже трудно. В языке Ruby для отслеживания неиспользуемых объектов и освобождения занятой ими памяти применяется механизм сборки мусора. Для тех, кто в этом разбирается, отметим, что в Ruby используется алгоритм пометки и удаления, а не подсчета ссылок (у последнего возникают трудности при обработке рекурсивных структур).
Сборка мусора влечет за собой некоторое снижение производительности. Модуль GC предоставляет ограниченные средства управления, позволяющие программисту настроить его работу в соответствии с нуждами конкретной программы. Можно также определить чистильщика (finalizer) объекта, но это уже тема для «продвинутых» (см. раздел 11.3.14).
1.5. Потренируйте свою интуицию: что следует запомнить
Надо честно признаться: «все становится интуитивно ясным после того, как поймешь». Эта истина и составляет суть данного раздела, поскольку в Ruby немало особенностей, отличающих его от всего, к чему привык программист на одном из традиционных языков.
Кто-то из читателей решит, что не нужно зря тратить время на повторение известного. Если вы из их числа, можете пропустить разделы, содержание которых кажется вам очевидным. Программисты имеют неодинаковый опыт; искушенные пользователи С и Smalltalk воспримут Ruby совсем по-разному. Впрочем, мы надеемся, что внимательное прочтение последующих разделов поможет многим читателям разобраться в том, что же такое Путь Ruby.
1.5.1. СинтаксисСинтаксический анализатор Ruby сложен и склонен прощать многие огрехи. Он пытается понять, что хотел сказать программист, а не навязывать ему жесткие правила. Но к такому поведению надо еще привыкнуть. Вот перечень того, что следует знать о синтаксисе Ruby.
• Скобки при вызове методов, как правило, можно опускать. Все следующие вызовы допустимы:
foobar
foobar()
foobar(a,b,c)
foobar a, b, с
• Коль скоро скобки необязательны, что означает такая запись: x у z? Оказывается, вот что: «Вызвать метод y, передав ему параметр z, а результат передать в виде параметра методу x.» Иными словами, x(y(z)). Это поведение в будущем изменится. См. обсуждение поэтического режима в разделе 1.6 ниже.
• Попробуем передать методу хэш:
my_method {а=>1, b=>2}
Это приведет к синтаксической ошибке, поскольку левая фигурная скобка воспринимается как начало блока. В данном случае скобки необходимы:
my_method({а=>1, b=>2})
• Предположим теперь, что хэш – единственный (или последний) параметр метода. Ruby снисходительно разрешает опускать фигурные скобки:
my_method(а=>1, b=>2)
Кто-то увидит здесь вызов метода с именованными параметрами. Это обманчивое впечатление, хотя никто не запрещает применять подобную конструкцию и в таком смысле.
• Есть и другие случаи, когда пропуски имеют некоторое значение. Например, на первый взгляд все четыре выражения ниже означают одно и то же:
x = y + z
x = y+z
x = y+ z
x = y +z
Но фактически эквивалентны лишь первые три. В четвертом же случае анализатор считает, что вызван метод у с параметром +z! И выдаст сообщение об ошибке, так как метода с именем у не существует. Мораль: пользуйтесь пробелами разумно.
• Аналогично x = y*z – это умножение у на z, тогда как x = y *z – вызов метода у, которому в качестве параметра передается расширение массива z.
• В именах идентификаторов знак подчеркивания _ считается строчной буквой. Следовательно, имя идентификатора может начинаться с этого знака, но такой идентификатор не будет считаться константой, даже если следующая буква прописная.
• В линейной последовательности вложенных предложений if применяется ключевое слово elsif, а не else if или elif, как в некоторых других языках.
• Ключевые слова в Ruby нельзя назвать по-настоящему зарезервированными. Если метод вызывается от имени некоторого объекта (и в других случаях, когда не возникает неоднозначности), имя метода может совпадать с ключевым словом. Но поступайте так с осторожностью, не забывая, что программу будут читать люди.
• Ключевое слово then (в предложениях if и case) необязательно. Если вам кажется, что с ним программа понятнее, включайте его в код. То же относится к слову do в циклах while и until.
• Вопросительный и восклицательный знаки не являются частью идентификатора, который модифицируют, – их следует рассматривать как суффиксы. Таким образом, хотя идентификаторы chop и chop! считаются различными, использовать восклицательный знак в любом другом месте имени не разрешается. Аналогично в Ruby есть конструкция defined?, но defined – ключевое слово.
• Внутри строки символ решетки # – признак начала выражения. Значит, в некоторых случаях его следует экранировать обратной косой чертой, но лишь тогда, когда сразу за ним идет символ {, $ или @.
• Поскольку вопросительный знак можно добавлять в конец идентификатора, то следует аккуратно расставлять пробелы в тернарном операторе. Пусть, например, имеется переменная my_flag, которая может принимать значения true или false. Тогда первое из следующих предложений правильно, а второе содержит синтаксическую ошибку:
x = my_flag ? 23 : 45 # Правильно.
x = my_flag? 23 : 45 # Синтаксическая ошибка.
• Концевой маркер для встроенной документации не следует считать лексемой. Он помечает строку целиком, поэтому все находящиеся в той же строке символы не являются частью текста программы, а принадлежат встроенному документу.
• В Ruby нет произвольных блоков, то есть нельзя начать блок в любом месте, как в С. Блоки разрешены только там, где они нужны, – например, могут присоединяться к итератору. Исключение составляет блок begin-end, который можно употреблять практически везде.
• Не забывайте, что ключевые слова BEGIN и END не имеют ничего общего с begin и end.
• При статической конкатенации строк приоритет конкатенации ниже, чем у вызова метода. Например:
str = "Первая " 'second'.center(20) # Примеры 1 and 2
str = "Вторая " + 'second'.center(20) # дают одно и то же.
str = "Первая вторая".center(20) # Примеры 3 and 4
str = ("Первая " + 'вторая').center(20) # дают одно и то же.
• В Ruby есть несколько псевдопеременных, которые выглядят как локальные переменные, но применяются для особых целей. Это self, nil, true, false, __FILE__ и __LINE__.
Наверное, каждый, кто знает Ruby (сегодня), в прошлом изучал или пользовался другими языками. Это, с одной стороны, облегчает изучение Ruby, так как многие средства похожи на аналогичные средства в других языках. С другой стороны, у программиста может возникнуть ложное чувство уверенности при взгляде на знакомые конструкции Ruby. Он может прийти к неверным выводам, основанным на прошлом опыте; можно назвать это явление «багажом эксперта».
Немало специалистов переходит на Ruby со Smalltalk, Perl, C/C++ и других языков. Ожидания этих людей сильно различаются, но так или иначе присутствуют. Поэтому рассмотрим некоторые вещи, на которых многие спотыкаются.
• Символ в Ruby представляется целым числом. Это не самостоятельный тип, как в Pascal, и не эквивалент строки длиной 1. В ближайшем будущем положение изменится и символьная константа станет строкой, но на момент написания данной книги этого еще не произошло. Рассмотрим следующий фрагмент:
x = "Hello"
y = ?А
puts "x[0] = #{x[0]}" # Печатается x[0] = 72
puts "y = #{y}" # Печатается y = 65
if y == "А" # Печатается no
puts "yes"
else
puts "no"
end
• He существует булевского типа. TrueClass и FalseClass – это два разных класса, а единственными их экземплярами являются объекты true и false.
• Многие операторы в Ruby напоминают операторы в языке С. Два заметных исключения – операторы инкремента и декремента (++ и –). Их в Ruby нет ни в «пост», ни в «пред» форме.
• Известно, что в разных языках оператор деления по модулю работает по-разному для отрицательных чисел. Не вдаваясь в споры о том, что правильно, проиллюстрируем поведение в Ruby:
puts (5 % 3) # Печатается 2
puts (-5 % 3) # Печатается 1
puts (5 % -3) # Печатается -1
puts (-5 % -3) # Печатается -2
• Некоторые привыкли думать, что «ложь» можно представлять нулем, пустой строкой, нулевым символом и т.п. Но в Ruby все это равно «истине». На самом деле истиной будет все кроме объектов false и nil.
• В Ruby переменные не принадлежат никакому классу: класс есть только у значений.
• Переменные в Ruby не объявляются, однако считается хорошим тоном присваивать переменной начальное значение nil. Разумеется, при этом с переменной не ассоциируется никакой тип и даже не происходит истинной инициализации, но анализатор знает, что данное имя принадлежит переменной, а не методу.
• ARGV[0] – первый аргумент в командной строке; они нумеруются начиная с нуля. Это не имя файла или сценария, предшествующего параметрам, как argv[0] в языке С.
• Большинство операторов в Ruby на самом деле является методами; их запись в виде «знаков препинания» – не более чем удобство. Первое исключение из этого правила – набор операторов составного присваивания (+=, -= и т.д.). Второе исключение – операторы =, .., ..., !, not, &&, and, ||, or, !=, !~.
• Как и в большинстве современных языков программирования (хотя и не во всех), булевские операции закорачиваются, то есть вычисление булевского выражения заканчивается, как только его значение истинности становится известным. В последовательности операций or вычисление заканчивается, когда получено первое значение true, а в последовательности операций and – когда получено первое значение false.
• Префикс @@ применяется для переменных класса (то есть ассоциированных с классом в целом, а не с отдельным экземпляром).
• loop – не ключевое слово. Это метод модуля Kernel, а не управляющая конструкция.
• Кому-то синтаксис unless-else может показаться интуитивно неочевидным. Поскольку unless – противоположность if, то ветвь else выполняется, когда условие истинно.
• Простой тип Fixnum передается как непосредственное значение и, стало быть, не может быть изменен внутри метода. То же относится к значениям true, false и nil.
• Не путайте операторы && и || с операторами & и |. Те и другие используются в языке С; первые два предназначены для логических операций, последние два – для поразрядных.
• Операторы and и or имеют более низкий приоритет, чем && и ||. Взгляните на следующий фрагмент:
а = true
b = false
с = true
d = true
a1 = a && b or с && d # Операции && выполняются первыми.
a2 = a && (b or с) && d # Операция or выполняется первой.
puts a1 # Печатается false
puts a2 # Печатается true
• He забывайте, что «оператор» присваивания имеет более высокий приоритет, чем операторы and и or! (это относится и к составным операторам присваивания: +=, -= и пр.). Например, код x = y or z выглядит как обычное предложение присваивания, но на самом деле это обособленное выражение (эквивалент (x=у) or z). Вероятно, программист имел в виду следующее: x = (y or z).
y = false
z = true
x = y or z # Оператор = выполняется РАНЬШЕ or!
puts x # Печатается false
(x = y) or z # Строка 5: то же, что и выше.
puts x # Печатается false
x = (y or z) # Оператор or вычисляется сначала.
puts x # Печатается true
• Не путайте атрибуты объектов с локальными переменными. Если вы привыкли к C++ или Java, можете забыть об этом! Переменная @my_var в контексте класса – это переменная экземпляра (или атрибут), но my_var в том же контексте – локальная переменная.
• Во многих языках, и в Ruby в том числе, есть цикл for. Рано или поздно возникает вопрос, можно ли модифицировать индексную переменную. В некоторых языках эту управляющую переменную запрещено изменять вовсе (выводится предупреждение либо сообщение об ошибке на этапе компиляции или выполнения); в других это допустимо, хотя и приводит к изменению поведения цикла. В Ruby принят третий подход. Переменная, управляющая циклом for, считается обычной переменной, которую можно изменять в любой момент, но это изменение не оказывает влияния на поведение цикла! Цикл for присваивает этой переменной последовательные значения, что бы с ней ни происходило внутри тела цикла. Например, следующий цикл будет выполнен ровно 10 раз и напечатает значения от 1 до 10:
for var in 1..10
puts "var = #{var}"
if var > 5
var = var + 2
end
end
• Имена переменных не всегда легко «на глаз» отличить от имен методов. Как решает этот вопрос анализатор? Правило такое: если анализатор видит, что идентификатору присваивается значение до его использования, то он считается переменной; в противном случае это имя метода. (Отметим, что операция присваивания может и не выполняться: достаточно того, что интерпретатор ее видел.)
