Ruby 面向對象

Ruby 是純面向對象的語言，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：字符串、數字，甚至連true 和false 都是對象。類本身也是一個對象，是Class類的一個實例。本章將向您講解所有與Ruby 面向對象相關的主要功能。

類用於指定對象的形式，它結合了數據表示法和方法，把數據整理成一個整齊的包。類中的數據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數據類型的藍圖。這實際上並沒有定義任何的數據，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，以及在該對像上能執行什麼操作。

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
   code
end

按照慣例，名稱必須以大寫字母開頭，如果包含多個單詞，每個單詞首字母大寫，但此間沒有分隔符（例如：CamelCase）。

定義Ruby 對象

類提供了對象的藍圖，所以基本上，對像是根據類進行創建的。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.new
box2 = Box.new

initialize 方法

initialize方法是一個標準的Ruby類方法，是類的構造函數，與其他面向對象編程語言中的constructor工作原理類似。當您想要在創建對象的同時初始化一些類變量，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
   end
end

實例變量

實例變量是類屬性，它們在使用類創建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享值。在類的內部，是使用@運算符訪問這些屬性，在類的外部，則是使用稱為訪問器方法的公共方法進行訪問。 下面我們以上面定義的類Box為實例，把@width和@height作為類Box的實例變量。

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

訪問器(accessor) & 設置器(setter)方法

為了在類的外部使用變量，我們必須在訪問器方法內部定義這些變量，accessor其實相當於getter。 下面的實例演示了訪問器方法的用法：

#!/usr/bin/ruby -w

# 定义类
class Box
   # 构造函数
   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}"

當上面的代碼執行時，它會產生以下結果：

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

與用於訪問變量值的訪問器方法類似，Ruby提供了一種在類的外部設置變量值的方式，也就是所謂的設置器方法，定義如下：

#!/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}"

當上面的代碼執行時，它會產生以下結果：

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

實例方法

實例方法的定義與其他方法的定義一樣，都是使用def關鍵字，但它們只能通過類實例來使用，如下面實例所示。它們的功能不限於訪問實例變量，也能按照您的需求做更多其他的任務。

#!/usr/bin/ruby -w

# 定义类
class Box
   # 构造方法
   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}"

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& 類變量

類變量是在類的所有實例中共享的變量。換句話說，類變量的實例可以被所有的對象實例訪問。類變量以兩個@ 字符（@@）作為前綴，類變量必須在類定義中被初始化，如下面實例所示。

類方法使用def self.methodname()定義，類方法以end分隔符結尾。類方法可使用帶有類名稱的classname.methodname形式調用，如下面實例所示：

#!/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()

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實例方法來返回對象的字符串表示形式。 下面是一個簡單的實例，根據width 和height 表示Box 對象：

#!/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}"

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)

訪問控制

Ruby為您提供了三個級別的實例方法保護，分別是public、private或protected 。 Ruby 不在實例和類變量上應用任何訪問控制。

Public方法： Public方法可被任意對象調用。默認情況下，方法都是public 的，除了initialize 方法總是private 的。
Private方法： Private方法不能從類外部訪問或查看。只有類方法可以訪問私有成員。
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。

下面是一個簡單的實例，演示了這三種修飾符的語法：

#!/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()

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

類的繼承

繼承，是面向對象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，這樣使得創建和維護應用程序變得更加容易。

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

當創建類時，程序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數據成員和成員函數。這個已有類被稱為基類或父類，新類被稱為派生類或子類 。

Ruby 也提供了子類化的概念，子類化即繼承，下面的實例解釋了這個概念。擴展一個類的語法非常簡單。只要添加一個< 字符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()

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

雖然您可以在派生類中添加新的功能，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，如下面實例所示：

#!/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()

以上實例運行輸出結果為：

Big box area is : 200

運算符重載

我們希望使用+ 運算符執行兩個Box 對象的向量加法，使用* 運算符來把Box 的width 和height 相乘，使用一元運算符- 對Box 的width 和height 求反。下面是一個帶有數學運算符定義的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

凍結對象

有時候，我們想要防止對像被改變。在Object 中，freeze 方法可實現這點，它能有效地把一個對像變成一個常量。任何對像都可以通過調用Object.freeze進行凍結。 凍結對像不能被修改，也就是說，您不能改變它的實例變量。

您可以使用Object.frozen?方法檢查一個給定的對像是否已經被凍結。 如果對像已被凍結，該方法將返回true，否則返回一個false 值。下面的實例解釋了這個概念：

#!/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}"

當上面的代碼執行時，它會產生以下結果：

Box object is frozen object
test.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符串值賦給一個變量來定義的，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訪問常量，就像是訪問變量一樣，但是如果您想要在類的外部訪問常量，那麼您必須使用classname::constant ，如下面實例所示。

#!/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}"

當上面的代碼執行時，它會產生以下結果：

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

類常量可被繼承，也可像實例方法一樣被重載。

使用allocate 創建對象

可能有一種情況，您想要在不調用對象構造器initialize的情況下創建對象，即，使用new方法創建對象，在這種情況下，您可以調用allocate來創建一個未初始化的對象，如下面實例所示：

#!/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}"

當上面的代碼執行時，它會產生以下結果：

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

類信息

Ruby的self 和Java 的this 有相似之處，但又大不相同。 Java的方法都是在實例方法中引用，所以this一般都是指向當前對象的。而Ruby的代碼逐行執行，所以在不同的上下文(context)self就有了不同的含義。讓我們來看看下面的實例：.

#!/usr/bin/ruby -w

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

當上面的代碼執行時，它會產生以下結果：

Class of self = Class
Name 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。

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Ruby 類定義

定義Ruby 對象

initialize 方法

實例變量

訪問器(accessor) & 設置器(setter)方法

實例方法

類方法& 類變量

to_s 方法

訪問控制

類的繼承

方法重載

運算符重載

凍結對象

類常量

使用allocate 創建對象

類信息