Ruby的物件導向編程的基礎教程_ruby專題

Ruby 是純物件導向的語言，Ruby 中的一切都是以對象的形式出現。Ruby 中的每個值都是一個對象，即使是最原始的東西：字串、數字，甚至連 true 和 false 都是對象。類本身也是一個對象，是 Class 類的一個執行個體。本章將向您講解所有與 Ruby 物件導向相關的主要功能。

類用於指定對象的形式，它結合了資料標記法和方法，把資料整理成一個整齊的包。類中的資料和方法被稱為類的成員。
Ruby 類定義

當您定義一個類時，您實際是定義了一個資料類型的藍圖。這實際上並沒有定義任何的資料，而是定義了類的名稱意味著什麼，也就是說，定義了類的對象將由什麼組成，以及在該對象上能執行什麼操作。

類定義以關鍵字 class 開始，後跟類名稱，最後以一個 end 進行分隔表示終止該類定義。例如，我們使用關鍵字 class 來定義 Box 類，如下所示：

class Box  codeend

按照慣例，名稱必須以大寫字母開頭，如果包含多個單詞，每個單字首大寫，但此間沒有分隔字元（例如：CamelCase）。
定義 Ruby 對象

類提供了對象的藍圖，所以基本上，對象是根據類進行建立的。我們使用 new 關鍵字聲明類的對象。下面的語句聲明了類 Box 的兩個對象：

box1 = Box.newbox2 = Box.new

initialize 方法

initialize 方法是一個標準的 Ruby 類方法，與其他物件導向程式設計語言中的 constructor 工作原理類似。當您想要在建立對象的同時初始化一些類變數，initialize 方法就派上用場了。該方法帶有一系列參數，與其他 Ruby 方法一樣，使用該方法時，必須在前面放置 def 關鍵字，如下所示：

class Box  def initialize(w,h)   @width, @height = w, h  endend

執行個體變數

執行個體變數是類屬性，它們在使用類建立對象時就變成對象的屬性。每個對象的屬性是單獨賦值的，和其他對象之間不共用值。在類的內部，是使用 @ 運算子訪問這些屬性，在類的外部，則是使用稱為訪問器方法的公用方法進行訪問。下面我們以上面定義的類 Box 為執行個體，把 @width 和 @height 作為類 Box 的執行個體變數。

class Box  def initialize(w,h)   # 給執行個體變數賦值   @width, @height = w, h  endend

訪問器 & 設定器 方法

為了在類的外部使用變數，我們必須在訪問器方法內部定義這些變數，這些訪問器方法也被稱為擷取器方法。下面的執行個體示範了訪問器方法的用法：

#!/usr/bin/ruby -w # 定義類class Box  # 構造器方法  def initialize(w,h)   @width, @height = w, h  end   # 訪問器方法  def printWidth   @width  end   def printHeight   @height  endend # 建立對象box = Box.new(10, 20) # 使用訪問器方法x = box.printWidth()y = box.printHeight() puts "Width of the box is : #{x}"puts "Height of the box is : #{y}"

當上面的代碼執行時，它會產生以下結果：

Width of the box is : 10Height of the box is : 20

與用於訪問變數值的訪問器方法類似，Ruby 提供了一種在類的外部設定變數值的方式，也就是所謂的設定器方法，定義如下：

#!/usr/bin/ruby -w # 定義類class Box  # 構造器方法  def initialize(w,h)   @width, @height = w, h  end   # 訪問器方法  def getWidth   @width  end  def getHeight   @height  end   # 設定器方法  def setWidth=(value)   @width = value  end  def setHeight=(value)   @height = value  endend # 建立對象box = Box.new(10, 20) # 使用設定器方法box.setWidth = 30box.setHeight = 50 # 使用訪問器方法x = box.getWidth()y = box.getHeight() puts "Width of the box is : #{x}"puts "Height of the box is : #{y}"

當上面的代碼執行時，它會產生以下結果：

Width of the box is : 30Height of the box is : 50

執行個體方法

執行個體方法的定義與其他方法的定義一樣，都是使用 def 關鍵字，但它們只能通過類執行個體來使用，如下面執行個體所示。它們的功能不限於訪問執行個體變數，也能按照您的需求做更多其他的任務。

#!/usr/bin/ruby -w # 定義類class Box  # constructor method  def initialize(w,h)   @width, @height = w, h  end  # 執行個體方法  def getArea   @width * @height  endend # 建立對象box = Box.new(10, 20) # 調用執行個體方法a = box.getArea()puts "Area of the box is : #{a}"當上面的代碼執行時，它會產生以下結果：Area of the box is : 200類方法 & 類變數類變數是在類的所有執行個體中共用的變數。換句話說，類變數的執行個體可以被所有的對象執行個體訪問。類變數以兩個 @ 字元（@@）作為首碼，類變數必須在類定義中被初始化，如下面執行個體所示。類方法使用 def self.methodname() 定義，類方法以 end 分隔字元結尾。類方法可使用帶有類名稱的 classname.methodname 形式調用，如下面執行個體所示：#!/usr/bin/ruby -w class Box  # 初始化類變數  @@count = 0  def initialize(w,h)   # 給執行個體變數賦值   @width, @height = w, h    @@count += 1  end   def self.printCount()   puts "Box count is : #@@count"  endend # 建立兩個對象box1 = Box.new(10, 20)box2 = Box.new(30, 100) # 調用類方法來輸出盒子計數Box.printCount()

當上面的代碼執行時，它會產生以下結果：

Box count is : 2

to_s 方法

您定義的任何類都有一個 to_s 執行個體方法來返回對象的字串表示形式。下面是一個簡單的執行個體，根據 width 和 height 表示 Box 對象：

#!/usr/bin/ruby -w class Box  # 構造器方法  def initialize(w,h)   @width, @height = w, h  end  # 定義 to_s 方法  def to_s   "(w:#@width,h:#@height)" # 對象的字串格式  endend # 建立對象box = Box.new(10, 20) # 自動調用 to_s 方法puts "String representation of box is : #{box}"

當上面的代碼執行時，它會產生以下結果：

String representation of box is : (w:10,h:20)

存取控制

Ruby 為您提供了三個層級的執行個體方法保護，分別是 public、private 或 protected。Ruby 不在執行個體和類變數上應用任何存取控制。

•     Public 方法： Public 方法可被任意對象調用。預設情況下，方法都是 public 的，除了 initialize 方法總是 private 的。
•     Private 方法： Private 方法不能從類外部存取或查看。只有類方法可以訪問私人成員。
•     Protected 方法： Protected 方法只能被類及其子類的對象調用。訪問也只能在類及其子類內部進行。

下面是一個簡單的執行個體，示範了這三種修飾符的文法：

#!/usr/bin/ruby -w # 定義類class Box  # 構造器方法  def initialize(w,h)   @width, @height = w, h  end   # 執行個體方法預設是 public 的  def getArea   getWidth() * getHeight  end   # 定義 private 的訪問器方法  def getWidth   @width  end  def getHeight   @height  end  # make them private  private :getWidth, :getHeight   # 用於輸出面積的執行個體方法  def printArea   @area = getWidth() * getHeight   puts "Big box area is : #@area"  end  # 讓執行個體方法是 protected 的  protected :printAreaend # 建立對象box = Box.new(10, 20) # 調用執行個體方法a = box.getArea()puts "Area of the box is : #{a}" # 嘗試調用 protected 的執行個體方法box.printArea()

當上面的代碼執行時，它會產生以下結果。在這裡，第一種方法調用成功，但是第二方法會產生一個問題。

Area of the box is : 200test.rb:42: protected method `printArea' called for #<Box:0xb7f11280 @height=20, @width=10> (NoMethodError)

類的繼承

繼承，是物件導向編程中最重要的概念之一。繼承允許我們根據另一個類定義一個類，這樣使得建立和維護應用程式變得更加容易。

繼承有助於重用代碼和快速執行，不幸的是，Ruby 不支援多繼承，但是 Ruby 支援 mixins。mixin 就像是多繼承的一個特定實現，在多繼承中，只有介面部分是可繼承的。

當建立類時，程式員可以直接指定新類繼承自某個已有類的成員，這樣就不用從頭編寫新的資料成員和成員函數。這個已有類被稱為基類或父類，新類被稱為衍生類別或子類。

Ruby 也提供了子類化的概念，子類化即繼承，下面的執行個體解釋了這個概念。擴充一個類的文法非常簡單。只要添加一個 < 字元和父類的名稱到類語句中即可。例如，下面定義了類 BigBox 是 Box 的子類：

#!/usr/bin/ruby -w # 定義類class Box  # 構造器方法  def initialize(w,h)   @width, @height = w, h  end  # 執行個體方法  def getArea   @width * @height  endend # 定義子類class BigBox < Box   # 添加一個新的執行個體方法  def printArea   @area = @width * @height   puts "Big box area is : #@area"  endend # 建立對象box = BigBox.new(10, 20) # 輸出面積box.printArea()

當上面的代碼執行時，它會產生以下結果：

Big box area is : 200

方法重載

雖然您可以在衍生類別中添加新的功能，但有時您可能想要改變已經在父類中定義的方法的行為。這時您可以保持方法名稱不變，重載方法的功能即可，如下面執行個體所示：

#!/usr/bin/ruby -w # 定義類class Box  # 構造器方法  def initialize(w,h)   @width, @height = w, h  end  # 執行個體方法  def getArea   @width * @height  endend # 定義子類class BigBox < Box   # 改變已有的 getArea 方法  def getArea   @area = @width * @height   puts "Big box area is : #@area"  endend # 建立對象box = BigBox.new(10, 20) # 使用重載的方法輸出面積box.getArea()

運算子多載

我們希望使用 + 運算子執行兩個 Box 對象的向量加法，使用 * 運算子來把 Box 的 width 和 height 相乘，使用一元運算子 - 對 Box 的 width 和 height 求反。下面是一個帶有數學運算子定義的 Box 類版本：

class Box def initialize(w,h) # 初始化 width 和 height  @width,@height = w, h end  def +(other)     # 定義 + 來執行向量加法  Box.new(@width + other.width, @height + other.height) end  def -@        # 定義一元運算子 - 來對 width 和 height 求反  Box.new(-@width, -@height) end  def *(scalar)    # 執行標量乘法  Box.new(@width*scalar, @height*scalar) endend

凍結對象

有時候，我們想要防止對象被改變。在 Object 中，freeze 方法可實現這點，它能有效地把一個對象變成一個常量。任何對象都可以通過調用 Object.freeze 進行凍結。凍結對象不能被修改，也就是說，您不能改變它的執行個體變數。

您可以使用 Object.frozen? 方法檢查一個給定的對象是否已經被凍結。如果對象已被凍結，該方法將返回 true，否則返回一個 false 值。下面的執行個體解釋了這個概念：

#!/usr/bin/ruby -w # 定義類class Box  # 構造器方法  def initialize(w,h)   @width, @height = w, h  end   # 訪問器方法  def getWidth   @width  end  def getHeight   @height  end   # 設定器方法  def setWidth=(value)   @width = value  end  def setHeight=(value)   @height = value  endend # 建立對象box = Box.new(10, 20) # 讓我們凍結該對象box.freezeif( box.frozen? )  puts "Box object is frozen object"else  puts "Box object is normal object"end # 現在嘗試使用設定器方法box.setWidth = 30box.setHeight = 50 # 使用訪問器方法x = box.getWidth()y = box.getHeight() puts "Width of the box is : #{x}"puts "Height of the box is : #{y}"

當上面的代碼執行時，它會產生以下結果：

Box object is frozen objecttest.rb:20:in `setWidth=': can't modify frozen object (TypeError)    from test.rb:39

類常量

您可以在類的內部定義一個常量，通過把一個直接的數值或字串值賦給一個變數來定義的，常量的定義不需要使用 @ 或 @@。按照慣例，常量的名稱使用大寫。

一旦常量被定義，您就不能改變它的值，您可以在類的內部直接存取常量，就像是訪問變數一樣，但是如果您想要在類的外部存取常量，那麼您必須使用 classname::constant，如下面執行個體所示。

#!/usr/bin/ruby -w # 定義類class Box  BOX_COMPANY = "TATA Inc"  BOXWEIGHT = 10  # 構造器方法  def initialize(w,h)   @width, @height = w, h  end  # 執行個體方法  def getArea   @width * @height  endend # 建立對象box = Box.new(10, 20) # 調用執行個體方法a = box.getArea()puts "Area of the box is : #{a}"puts Box::BOX_COMPANYputs "Box weight is: #{Box::BOXWEIGHT}"

當上面的代碼執行時，它會產生以下結果：

Area of the box is : 200TATA IncBox weight is: 10

類常量可被繼承，也可像執行個體方法一樣被重載。
使用 allocate 建立對象

可能有一種情況，您想要在不調用物件建構器 initialize 的情況下建立對象，即，使用 new 方法建立對象，在這種情況下，您可以調用 allocate 來建立一個未初始化的對象，如下面執行個體所示：

#!/usr/bin/ruby -w # 定義類class Box  attr_accessor :width, :height   # 構造器方法  def initialize(w,h)   @width, @height = w, h  end   # 執行個體方法  def getArea   @width * @height  endend # 使用 new 建立對象box1 = Box.new(10, 20) # 使用 allocate 建立兩一個對象box2 = Box.allocate # 使用 box1 調用執行個體方法a = box1.getArea()puts "Area of the box is : #{a}" # 使用 box2 調用執行個體方法a = box2.getArea()puts "Area of the box is : #{a}"

當上面的代碼執行時，它會產生以下結果：

Area of the box is : 200test.rb:14: warning: instance variable @width not initializedtest.rb:14: warning: instance variable @height not initializedtest.rb:14:in `getArea': undefined method `*'  for nil:NilClass (NoMethodError) from test.rb:29

類資訊

如果類定義是可執行代碼，這意味著，它們可在某個對象的上下文中執行，self 必須引用一些東西。讓我們來看看下面的執行個體：.

#!/usr/bin/ruby -w class Box  # 輸出類資訊  puts "Type of self = #{self.type}"  puts "Name of self = #{self.name}"end

當上面的代碼執行時，它會產生以下結果：

Type of self = ClassName of self = Box

這意味著類定義可通過把該類作為當前對象來執行，同時也意味著元類和父類中的該方法在方法定義執行期間是可用的。