Ruby之symbol研究

       這是一個研究筆記，主要是為了向同好請教。除了這個開頭以外，沒有多餘的廢話，也就免了其他的客套。請大家不要抱怨可讀性不好。

1. 在一個名字或者字串前面加上冒號，得到一個symbol對象。還可以通過String#to_sym、Fixnum#to_sym和String#intern得到。

2. 一般用symbol做hash的key，號稱是為了節省記憶體，提高執行效率。

3. 為什麼可以節省記憶體？Ruby中的String是可變對象，這一點跟Java、C#、Python都不一樣。注意跟某些C++標準庫中的COW的basic_string<T>也不一樣。Ruby中每一個String都可以就地改變。可能是因為這個原因，Ruby中兩個內容相同的字串文本量實際上是兩個不同的對象。

    a = "hello"
    b = "hello"

    雖然倆字串內容都一樣，但是你比一下a和b，就知道a.object_id != b.object_id，它們指向的不是同一個對象。結果反而很像未經string pooling最佳化的C語言的行為。到底immutable好還是mutable好，或者還是貌似聰明的COW好，見仁見智了。不過Ruby的設計在把字串用作hash key的時候毛病就大了。比如你寫：

    h["ruby"].name   = "Ruby"
    h["ruby"].author = "matz"
    h["ruby"].birth_year = 1995

的時候，"ruby"這個字串動態產生了三次，佔用三倍記憶體。這就嚴重地浪費了記憶體。而用:ruby做為key，因為在整個運行過程中，Ruby runtime保證名為:ruby的symbol對象只有一個，所以就不用產生三個，節省記憶體。

4. 為什麼可以提高執行效率？顯然的原因是免得多次動態產生'ruby'字串了。還不單如此，Hash的key值應該是常量，所以Ruby的Hash對於作為key的String對象都要施加保護，所謂保護，也就是把String凍結了，免得你之後還改變其值。保護當然是有代價的，symbol無需保護，當然是能提高效率的。附帶說明，其他mutable的對象也可以作為hash的key，這是Ruby設計得比較奇怪的地方。在irb裡運行以下代碼，你會發現Ruby的Hash丟值。

    h = Hash.new
    L = [1, 2]
    h[L] = "A big object!"
    L << 3 # 居然能改！
    h[L]   # ==> nil，找不到了，似乎正常
    # 可是
    h[[1, 2]]  # ==> nil，居然還是找不到
    # 看看keys
    h.keys     # ==> {[1, 2, 3]} 似乎還在裡面
    h[[1, 2, 3]] # ==> nil
    # 可是
    h          # ==> {[1, 2, 3]=>'A big object'}，明明在這裡，就是找不到

    h.rehash  # ==> 這樣就會一切恢複正常。
   
    這一點上Python的設計要比較容易理解，list根本就是unhashable的，不能用來做hash的key。

        回過頭來在說提高效率的事。Symbol效率提高還有第三個原因，那是因為symbol本質上不比一個整數多出多少東西，用Symbol#to_i可以得到一個在整個程式中唯一的整數。Hash完全可以利用這個整數來產生hash值，那豈不是比根據字串內容去算hash值快得多？這還是小意思，既然這個整數是唯一的，那麼產生一個唯一的hash值也就是小菜一碟，要是能保證hash值唯一，那還是什麼hash表，根本就變成數組了。Hash表還可能會衝突，數組根本不會衝突，百分之百保證O(1)，當然快。我沒看Ruby源碼，不知道是不是這麼處理的。

5. 為什麼Ruby runtime可以保證每一個symbol唯一？因為Ruby把symbol存放在運行時維護的一個符號表裡了，而這個符號表實際上是一個atom資料結構，其中儲存著當前所有的程式級的name，確保不出現內容相同的多個對象。幾乎每一個語言和系統都會有這樣一個符號表，只不過象C/C++那樣的語言，這個符號表只是在編譯時間存在，運行時就沒了。而Python、Ruby則在運行時也保留這張表備用。有這樣一個現成的資料結構幹嘛不用？

6. 但是這個表中存放的並不光是我們自己主動產生的symbols，還有Ruby解譯器對當前程式進行詞法分析、文法分析後存在其中的、當前程式的所有名字。這可是Ruby引擎用的東西啊，我們只要加上一個冒號，就讓自己的對象跟Ruby引擎內部使用的對象成鄰居了。所以String#intern這個方法叫做intern（內部化）。

   .NET Framework中String類也有一個Intern方法，意思是一樣一樣一樣的，在李建忠的經典譯本裡翻譯為“駐留”。

7. 可以用Symbol#all_symbols查看當前定義的全部symbol。可以體驗一下自己往符號表中塞一個對象的感覺，想想你寫的程式跟Ruby引擎能幹一樣的事情，應該還是挺爽的。

8. Python中用不著這個，因為字串是immutable的。放下有用沒用不說，有沒有辦法在Python中intern呢？我還沒找到辦法。有沒有Python牛知道？

     補充一下：查到了，Python中做這個事情的函數叫做 intern()。

9. 我覺得Ruby的這個設計是從Perl的glob中簡化而來的。Perl中可以用*a得到對應於符號a的glob，那是一個八爪魚一樣的怪物。Ruby也可以很容易的得到symbol table中的對象，不過沒有把symbol設計成八爪魚。

10. 還有一些小問題沒搞清楚，比如:name跟@name是什麼關係。attr_reader :name，實際上是給attr_reader方法傳了一個symbol作為參數，前者要通過這個symbol找到@name變數，是不是'@' + :name.id2name這麼簡單？大概可以去看看source了。