Ruby 的繼承鍊 (1) - 如何實踐物件導向

先前看了 Metaprogramming Ruby 這本書,對於 Ruby 語言在實踐物件導向的方式有初步的了解,但整本書像是利用故事的方式來帶入觀念,難免不夠精練。直到最近看了泰安大大推薦我一部 Dave Thomas 在解釋 Ruby Object model 的 talk 之後,完全是貫穿了之前破碎和模糊的觀念,趁著忘記之前趕緊寫下這篇文章。

本篇文章主要內容是消化來自 Dave Thomas 的 talk 和 Metaprogramming Ruby 一書的內容,會分兩篇撰寫:

  1. 第一篇是說明 Ruby 如何用 Object Model 來實踐物件導向。
  2. 第二篇會加上 Module 的內容,以及補充一些之前沒搞懂的零碎觀念。

快速回憶物件導向

物件導向是模擬現實生活中物件的一種程式抽象化概念。假設現實世界中每個物件都有他的狀態(state)以及行為(behavior),而對照到程式的物件導向中就會變成實例變數(instance variable)和方法(method)。

類別( class )就像是個模子,模子本身是不可以直接拿來使用的,唯有將類別實例化成物件( object ),才可以被拿來「使用」。簡單的說像是人類只是一種定義,人類會講話、站立行走,而你我都是人類的「實例化」,就是一個個活生生的人。

Ruby 的物件導向

在很多物件導向的語言中,class 是一個關鍵字,而對於萬物皆物件的 Ruby 來說,class 也一樣是個物件。

讓我們來看一個簡單的類別與實例化範例:

class Dog
  def get_name(name)
    @name = name
  end
  def bark
    puts "My name is #{@name}!"
  end
end

bingo = Dog.new
bingo.get_name("Bingo")
bingo.bark  # => My name is Bingo!

@name 是 bingo 這個物件的 instance variable,而 bark() 是 bingo 可使用的 method。因為每個物件的 instance variable 會不一樣,所以 @name 一定是放在 bingo 身上;而所有 bingo 可以使用的方法,都會參照到一個方法列表裡面。
ruby-object--7--1

這個方法列表其實就是 Dog 類別,而他身上存放著一個 bark() 這個實例方法(instance method),讓他的實例物件(也就是 bingo )來使用。
ruby-object--9--1

Dog 類別事實上也是一個實例化過後的物件,它是由 Class 這個類別來實例化出來的一個物件。
Class 的類別又是誰呢?就是他自己啦 ...
ruby-object--10--

bengo 可以直接呼叫 object_id 來了解到物件本身的 id 是多少:

bingo.object_id  # =>70226738078560

雖然 Dog 裡面並沒有定義 object_id 這個方法,這個方法其實是因為 Dog 繼承自 Object,而 object_id 是來自於 Object 的方法!

Dog.supserclass # => Object

ruby-object--4--

其實在 ruby 2.0 之後 Object 上層還有個 BasicObject, 而中間還有個 Kernal 模組, 事實上大部分 Object 身上可以用的方法像是 object_id 這種都是來自於 Kernal 模的,但我們這邊先不細部的探討,只要知道這是從上層繼承而來的。有興趣的可以透過 Object.instace_methods(false) 來查詢真正掛在 Object 身上的方法,透過 Object.ancestors 來查看 Object 上層還有哪些東西,在文章最後我們會將這些東西補完上去。

所以到這裡可以歸納出簡單的原則:

  • 物件本身的實例變數,是放在自己身上
  • 物件要呼叫方法,會先往右(class),再往上(superclass) 找。以上面這個例子來說,bingo 呼叫方法時,會先往右 (Dog)找,再往上(Object)找。

self

這裡插播一個重要的觀念 - self

self 代表當下的:

  • current object 是誰
  • intance variable 放置的地方
  • default reciever from method calls ( reciver 的觀念請看 xx )

self 只有在下面兩個情況下有可能會改變

  1. 呼叫 method 的時候
  2. 定義 class / module 的時候
puts self # => main
          ## 如果上面沒有其他 class,在執行環境下最頂層的物件就是 main 物件

class MyClass
  puts self # => MyClass
  def my_method
    puts self
  end
end

obj = MyClass.new
obj2 = MyClass.new
obj.my_method  # => obj
obj2.my_method # => obj2

為什麼 self 重要呢?

以前我都忽略了這個重要的觀念,常常搞不懂到在哪個狀況下可以用哪個 instance variable,但知道 self 是誰後一切就很清楚了。

例如以下的範例:

class MyClass
  @v = 1
  def my_method
    puts @v
  end
end

obj = MyClass.new
obj.my_method  #=> nil

為什麼會出現這種結果?

因為第一個 @v = 1 的時候,self 代表的是 MyClass,也就是,所以這個 instance variable 是屬於 MyClass 這個物件自己的(你要說是 class variable 也是可以)。而在 obj.my_method 的狀況下,裡面的 @v 已經算是 obj 自已的 instance variable 了!

Singleton method

更進一步的來挖掘 Ruby 物件導向,先來認識一個叫做 Singleton method 的東西。

Singleton method 就是 Ruby 允許物件自己擁有的專屬的方法:

class Dog
  # ...
end

bingo = Dog.new

# singleton method
def bingo.say
  puts "Meow"
end

bingo.say # => Meow

這個 method 其他人都不能用,只有 bingo 可以用。

如此一來,這個 say() 的 singleton method 一定不是放在 Dog 身上,而依照我們前面的規則, method 是要先往右(class)再往上找 ( superclass )

這時候就有點尷尬了,這個 say() 要放在哪裡?

Singleton class

為了解決這個問題。 Ruby 設計了一個沒有名字的 class 讓物件來放這個專屬的 method,當然這個無名 class 也是專屬於這個物件的,我們叫他 singleton class
ruby-object--2--

為了要讓繼承鍊可以搜尋到 Dog 或是更父層的類別,bingo 的 singleton class 繼承自 Dog,而 bingo 的 class 事實上是指向他自己的 singleton class。

如果像是上面的範例,只是在實例物件上放一個特別的 method,好像沒麼實際上的應用價值。
讓我們繼續看下去...

Class method 事實上也是個 singleton method

class method 在大部分的範例都會這樣展示

class MyClass
  def self.my_class_method
    puts "This is class method"
  end
end

MyClass.my_class_method  # => This is class method

其實在 class 定義區塊裡,程式碼也是可以直接執行的,所以 class method 也可以這樣使用:

class MyClass
  def self.my_class_method
    puts "This is class method"
  end
  
  my_class_method
  # 要用 self.my_class_method 呼叫也可以
  # 但因為這裡的 self 就是 MyClass,所以預設的 method receiver 就是 MyClass
end

這個場景很熟悉!舉些以下幾個常看到的:

  • 在 class 定義中使用到的 setter getter 設定 - attr_accessor
  • before_saveafter_commit 這些在 Active Record 裡面常見的 callback
  • rails controller 裡面的 before_action

這些都是 class method。某個 class 物件自己獨有的 method,這樣看來不也也算是 singleton method 嗎?

也就是說這些類別們也應該會有個 singleton class 來放置這些 class method
所以畫起來圖片會變這樣(用 # 來表示 singleton class):
ruby-object--1-

所以當 Dog 在呼叫自己可以使用的 class method 時,一樣遵照我們之前說的規則:先往右、再往上找,一直到碰到 class Class 為止。

簡化一下上面這張圖,另外再補上最上層的 BasicObject,最後的圖會長成這樣:
ruby-object-final--1-

( S: 指向 superclass,C: 指向 singleton class 或 class。 # 代表該物件是某 singleton class )

這個就是基本 Ruby 實踐物件導向的概念。我們快速的回憶一下上面講的重點

  • Instance variable 是放在物件自己身上
  • 物件呼叫 method 的時候,一定是先往右、再往上
  • 搞懂 self 代表的是誰。只有在定義 class 和 呼叫 method 的時候,self 才有可能會改變。
  • class 自己定義的 instance method 是給他的 instance object 使用的。而 class 自己才可以使用的 method 叫做 class method。
  • class method 就是 singleton method,放在 singleton class 裡面。

在 Ruby 的繼承練上還可以你使用 Module 來擴充 method(還記得前面提到的 Kernel module 嗎?),下一篇將會討論它的應用方式,以及一些 Ruby 物件導向的冷知識。

spreered

掙扎也要前進