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Ruby 面向对象


Ruby 是纯面向对象的语言,Ruby 中的一切都是以对象的形式出现。Ruby 中的每个值都是一个对象,即使是最原始的东西:字符串、数字,甚至连 true 和 false 都是对象。类本身也是一个对象,是 Class 类的一个实例。本章将向您讲解所有与 Ruby 面向对象相关的主要功能。

类用于指定对象的形式,它结合了数据表示法和方法,把数据整理成一个整齐的包。类中的数据和方法被称为类的成员。

Ruby 类定义

当您定义一个类时,您实际是定义了一个数据类型的蓝图。这实际上并没有定义任何的数据,而是定义了类的名称意味着什么,也就是说,定义了类的对象将由什么组成,以及在该对象上能执行什么操作。

类定义以关键字 class 开始,后跟类名称,最后以一个 end 进行分隔表示终止该类定义。例如,我们使用关键字 class 来定义 Box 类,如下所示:

class Box
   code
end

按照惯例,名称必须以大写字母开头,如果包含多个单词,每个单词首字母大写,但此间没有分隔符(例如:CamelCase)。

定义 Ruby 对象

类提供了对象的蓝图,所以基本上,对象是根据类进行创建的。我们使用 new 关键字声明类的对象。下面的语句声明了类 Box 的两个对象:

box1 = Box.new
box2 = Box.new

initialize 方法

initialize 方法是一个标准的 Ruby 类方法,与其他面向对象编程语言中的 constructor 工作原理类似。当您想要在创建对象的同时初始化一些类变量,initialize 方法就派上用场了。该方法带有一系列参数,与其他 Ruby 方法一样,使用该方法时,必须在前面放置 def 关键字,如下所示:

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

实例变量

实例变量是类属性,它们在使用类创建对象时就变成对象的属性。每个对象的属性是单独赋值的,和其他对象之间不共享值。在类的内部,是使用 @ 运算符访问这些属性,在类的外部,则是使用称为访问器方法公共方法进行访问。下面我们以上面定义的类 Box 为实例,把 @width 和 @height 作为类 Box 的实例变量。

class Box
   def initialize(w,h)
      # 给实例变量赋值
      @width, @height = w, h
   end
end

访问器 & 设置器 方法

为了在类的外部使用变量,我们必须在访问器方法内部定义这些变量,这些访问器方法也被称为获取器方法。下面的实例演示了访问器方法的用法:

#!/usr/bin/ruby -w

# 定义类
class Box
   # 构造器方法
   def initialize(w,h)
      @width, @height = w, h
   end

   # 访问器方法
   def printWidth
      @width
   end

   def printHeight
      @height
   end
end

# 创建对象
box = Box.new(10, 20)

# 使用访问器方法
x = box.printWidth()
y = box.printHeight()

puts "Width of the box is : #{x}"
puts "Height of the box is : #{y}"

当上面的代码执行时,它会产生以下结果:

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

与用于访问变量值的访问器方法类似,Ruby 提供了一种在类的外部设置变量值的方式,也就是所谓的设置器方法,定义如下:

#!/usr/bin/ruby -w

# 定义类
class Box
   # 构造器方法
   def initialize(w,h)
      @width, @height = w, h
   end

   # 访问器方法
   def getWidth
      @width
   end
   def getHeight
      @height
   end

   # 设置器方法
   def setWidth=(value)
      @width = value
   end
   def setHeight=(value)
      @height = value
   end
end

# 创建对象
box = Box.new(10, 20)

# 使用设置器方法
box.setWidth = 30
box.setHeight = 50

# 使用访问器方法
x = box.getWidth()
y = box.getHeight()

puts "Width of the box is : #{x}"
puts "Height of the box is : #{y}"

当上面的代码执行时,它会产生以下结果:

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

实例方法

实例方法的定义与其他方法的定义一样,都是使用 def 关键字,但它们只能通过类实例来使用,如下面实例所示。它们的功能不限于访问实例变量,也能按照您的需求做更多其他的任务。

#!/usr/bin/ruby -w

# 定义类
class Box
   # constructor method
   def initialize(w,h)
      @width, @height = w, h
   end
   # 实例方法
   def getArea
      @width * @height
   end
end

# 创建对象
box = Box.new(10, 20)

# 调用实例方法
a = box.getArea()
puts "Area of the box is : #{a}"

当上面的代码执行时,它会产生以下结果:

Area of the box is : 200

类方法 & 类变量

类变量是在类的所有实例中共享的变量。换句话说,类变量的实例可以被所有的对象实例访问。类变量以两个 @ 字符(@@)作为前缀,类变量必须在类定义中被初始化,如下面实例所示。

类方法使用 def self.methodname() 定义,类方法以 end 分隔符结尾。类方法可使用带有类名称的 classname.methodname 形式调用,如下面实例所示:

#!/usr/bin/ruby -w

class Box
   # 初始化类变量
   @@count = 0
   def initialize(w,h)
      # 给实例变量赋值
      @width, @height = w, h

      @@count += 1
   end

   def self.printCount()
      puts "Box count is : #@@count"
   end
end

# 创建两个对象
box1 = Box.new(10, 20)
box2 = Box.new(30, 100)

# 调用类方法来输出盒子计数
Box.printCount()

当上面的代码执行时,它会产生以下结果:

Box count is : 2

to_s 方法

您定义的任何类都有一个 to_s 实例方法来返回对象的字符串表示形式。下面是一个简单的实例,根据 width 和 height 表示 Box 对象:

#!/usr/bin/ruby -w

class Box
   # 构造器方法
   def initialize(w,h)
      @width, @height = w, h
   end
   # 定义 to_s 方法
   def to_s
      "(w:#@width,h:#@height)"  # 对象的字符串格式
   end
end

# 创建对象
box = Box.new(10, 20)

# 自动调用 to_s 方法
puts "String representation of box is : #{box}"

当上面的代码执行时,它会产生以下结果:

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

访问控制

Ruby 为您提供了三个级别的实例方法保护,分别是 public、private 或 protected。Ruby 不在实例和类变量上应用任何访问控制。

  • Public 方法: Public 方法可被任意对象调用。默认情况下,方法都是 public 的,除了 initialize 方法总是 private 的。
  • Private 方法: Private 方法不能从类外部访问或查看。只有类方法可以访问私有成员。
  • Protected 方法: Protected 方法只能被类及其子类的对象调用。访问也只能在类及其子类内部进行。

下面是一个简单的实例,演示了这三种修饰符的语法:

#!/usr/bin/ruby -w

# 定义类
class Box
   # 构造器方法
   def initialize(w,h)
      @width, @height = w, h
   end

   # 实例方法默认是 public 的
   def getArea
      getWidth() * getHeight
   end

   # 定义 private 的访问器方法
   def getWidth
      @width
   end
   def getHeight
      @height
   end
   # make them private
   private :getWidth, :getHeight

   # 用于输出面积的实例方法
   def printArea
      @area = getWidth() * getHeight
      puts "Big box area is : #@area"
   end
   # 让实例方法是 protected 的
   protected :printArea
end

# 创建对象
box = Box.new(10, 20)

# 调用实例方法
a = box.getArea()
puts "Area of the box is : #{a}"

# 尝试调用 protected 的实例方法
box.printArea()

当上面的代码执行时,它会产生以下结果。在这里,第一种方法调用成功,但是第二方法会产生一个问题。

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

类的继承

继承,是面向对象编程中最重要的概念之一。继承允许我们根据另一个类定义一个类,这样使得创建和维护应用程序变得更加容易。

继承有助于重用代码和快速执行,不幸的是,Ruby 不支持多继承,但是 Ruby 支持 mixins。mixin 就像是多继承的一个特定实现,在多继承中,只有接口部分是可继承的。

当创建类时,程序员可以直接指定新类继承自某个已有类的成员,这样就不用从头编写新的数据成员和成员函数。这个已有类被称为基类或父类,新类被称为派生类或子类

Ruby 也提供了子类化的概念,子类化即继承,下面的实例解释了这个概念。扩展一个类的语法非常简单。只要添加一个 < 字符和父类的名称到类语句中即可。例如,下面定义了类 BigBoxBox 的子类:

#!/usr/bin/ruby -w

# 定义类
class Box
   # 构造器方法
   def initialize(w,h)
      @width, @height = w, h
   end
   # 实例方法
   def getArea
      @width * @height
   end
end

# 定义子类
class BigBox < Box

   # 添加一个新的实例方法
   def printArea
      @area = @width * @height
      puts "Big box area is : #@area"
   end
end

# 创建对象
box = BigBox.new(10, 20)

# 输出面积
box.printArea()

当上面的代码执行时,它会产生以下结果:

Big box area is : 200

方法重载

虽然您可以在派生类中添加新的功能,但有时您可能想要改变已经在父类中定义的方法的行为。这时您可以保持方法名称不变,重载方法的功能即可,如下面实例所示:

#!/usr/bin/ruby -w

# 定义类
class Box
   # 构造器方法
   def initialize(w,h)
      @width, @height = w, h
   end
   # 实例方法
   def getArea
      @width * @height
   end
end

# 定义子类
class BigBox < Box

   # 改变已有的 getArea 方法
   def getArea
      @area = @width * @height
      puts "Big box area is : #@area"
   end
end

# 创建对象
box = BigBox.new(10, 20)

# 使用重载的方法输出面积
box.getArea()

运算符重载

我们希望使用 + 运算符执行两个 Box 对象的向量加法,使用 * 运算符来把 Box 的 width 和 height 相乘,使用一元运算符 - 对 Box 的 width 和 height 求反。下面是一个带有数学运算符定义的 Box 类版本:

class Box
  def initialize(w,h) # 初始化 width 和 height
    @width,@height = w, h
  end

  def +(other)         # 定义 + 来执行向量加法
    Box.new(@width + other.width, @height + other.height)
  end

  def -@               # 定义一元运算符 - 来对 width 和 height 求反
    Box.new(-@width, -@height)
  end

  def *(scalar)        # 执行标量乘法
    Box.new(@width*scalar, @height*scalar)
  end
end

冻结对象

有时候,我们想要防止对象被改变。在 Object 中,freeze 方法可实现这点,它能有效地把一个对象变成一个常量。任何对象都可以通过调用 Object.freeze 进行冻结。冻结对象不能被修改,也就是说,您不能改变它的实例变量。

您可以使用 Object.frozen? 方法检查一个给定的对象是否已经被冻结。如果对象已被冻结,该方法将返回 true,否则返回一个 false 值。下面的实例解释了这个概念:

#!/usr/bin/ruby -w

# 定义类
class Box
   # 构造器方法
   def initialize(w,h)
      @width, @height = w, h
   end

   # 访问器方法
   def getWidth
      @width
   end
   def getHeight
      @height
   end

   # 设置器方法
   def setWidth=(value)
      @width = value
   end
   def setHeight=(value)
      @height = value
   end
end

# 创建对象
box = Box.new(10, 20)

# 让我们冻结该对象
box.freeze
if( box.frozen? )
   puts "Box object is frozen object"
else
   puts "Box object is normal object"
end

# 现在尝试使用设置器方法
box.setWidth = 30
box.setHeight = 50

# 使用访问器方法
x = box.getWidth()
y = box.getHeight()

puts "Width of the box is : #{x}"
puts "Height of the box is : #{y}"

当上面的代码执行时,它会产生以下结果:

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

类常量

您可以在类的内部定义一个常量,通过把一个直接的数值或字符串值赋给一个变量来定义的,常量的定义不需要使用 @ 或 @@。按照惯例,常量的名称使用大写。

一旦常量被定义,您就不能改变它的值,您可以在类的内部直接访问常量,就像是访问变量一样,但是如果您想要在类的外部访问常量,那么您必须使用 classname::constant,如下面实例所示。

#!/usr/bin/ruby -w

# 定义类
class Box
   BOX_COMPANY = "TATA Inc"
   BOXWEIGHT = 10
   # 构造器方法
   def initialize(w,h)
      @width, @height = w, h
   end
   # 实例方法
   def getArea
      @width * @height
   end
end

# 创建对象
box = Box.new(10, 20)

# 调用实例方法
a = box.getArea()
puts "Area of the box is : #{a}"
puts Box::BOX_COMPANY
puts "Box weight is: #{Box::BOXWEIGHT}"

当上面的代码执行时,它会产生以下结果:

Area of the box is : 200
TATA Inc
Box weight is: 10

类常量可被继承,也可像实例方法一样被重载。

使用 allocate 创建对象

可能有一种情况,您想要在不调用对象构造器 initialize 的情况下创建对象,即,使用 new 方法创建对象,在这种情况下,您可以调用 allocate 来创建一个未初始化的对象,如下面实例所示:

#!/usr/bin/ruby -w

# 定义类
class Box
   attr_accessor :width, :height

   # 构造器方法
   def initialize(w,h)
      @width, @height = w, h
   end

   # 实例方法
   def getArea
      @width * @height
   end
end

# 使用 new 创建对象
box1 = Box.new(10, 20)

# 使用 allocate 创建两一个对象
box2 = Box.allocate

# 使用 box1 调用实例方法
a = box1.getArea()
puts "Area of the box is : #{a}"

# 使用 box2 调用实例方法
a = box2.getArea()
puts "Area of the box is : #{a}"

当上面的代码执行时,它会产生以下结果:

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

类信息

如果类定义是可执行代码,这意味着,它们可在某个对象的上下文中执行,self 必须引用一些东西。让我们来看看下面的实例:.

#!/usr/bin/ruby -w

class Box
   # 输出类信息
   puts "Type of self = #{self.type}"
   puts "Name of self = #{self.name}"
end

当上面的代码执行时,它会产生以下结果:

Type of self = Class
Name of self = Box

这意味着类定义可通过把该类作为当前对象来执行,同时也意味着元类和父类中的该方法在方法定义执行期间是可用的。