Ruby元編程技術詳解（Ruby Metaprogramming techniques）

2024-07-21 23:04:43

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供稿：網友

我最近考慮了很多元編程（Metaprogramming）的問題，并希望看到更多這方面技術的例子和講解。無論好壞，元編程已經進入Ruby社區，并成為完成各種任務和簡化代碼的標準方式。既然找不到這類資源，我準備拋磚引玉寫一些通用Ruby技術的文章。這些內容可能對從其它語言轉向Ruby或者還沒有體驗到Ruby元編程樂趣的程序員非常有用。

1. 使用單例類　Use the singleton-class

　　許多操作單個對象的方法是基于操作其單例類（singleton class），并且這樣可以使元編程更簡單。獲得單例類的經典方法是執行如下代碼：

復制代碼代碼如下:

sclass = (class << self; self; end)

　　RCR231建議這樣定義Kernel#singleton_class方法：

復制代碼代碼如下:

	
	module Kernel  
	  def singleton_class  
	    class << self; self; end 
	  end 
	end 

　　我會在下文使用這個方法。

2. DSL的使用類方法來修改子類　Write DSL's using class-methods that rewrite subclasses

　　當你想創建一個DSL來定義類信息時，最常見的問題是怎樣表示信息來讓框架的其它部分使用。以定義一個ActiveRecord模型對象為例：

復制代碼代碼如下:

	
	class Product < ActiveRecord::Base  
	  set_table_name 'produce'   
	end 

　　在這個例子中，令人感興趣的是set_table_name的使用。這是怎么起作用的呢？好吧，這里涉及到一個小魔法。這是一種實現方法：

復制代碼代碼如下:

	
	module ActiveRecord  
	  class Base  
	    def self.set_table_name name  
	      define_attr_method :table_name, name  
	    end 
	    def self.define_attr_method(name, value)  
	      singleton_class.send :alias_method, "original_#{name}", name  
	      singleton_class.class_eval do   
	        define_method(name) do     
	          value  
	        end 
	      end 
	    end 
	  end   
	end 

　　這里令人感興趣的是define_attr_method。在這個例子中我們需要獲得Product類的單例類，但又不想修改ActiveRecord::Base。通過使用單例類我們達到了這個目的。我們為原來的方法取別名，再定義新的存取器（accessor）來返回值。如果ActiveRecord需要table name就可以直接調用存取器。這種動態創建方法和存取器的技術在單例類是很常見的，特別是Rails。

3. 動態創建class和module　Create classes and modules dynamically

　　Ruby允許你動態創建和修改class和module。你可以在沒有凍結的class或module上做任何修改。特定情況下會很有用。Struct類可能是最好的例子：

復制代碼代碼如下:

	
	PersonVO = Struct.new(:name, :phone, :email)  
	p1 = PersonVO.new(:name => "Ola Bini") 

　　這會創建一個新類，并賦給PersonVO，然后創建一個類的實例。從草稿創建新類并定義新方法也很簡單：

復制代碼代碼如下:

	
	c = Class.new 
	c.class_eval do 
	  define_method :foo do 
	    puts "Hello World" 
	  end 
	end 
	c.new.foo    # => "Hello World" 

　　除了Struct，還能在SOAP4R和Camping找到輕松創建類的例子。Camping尤其令人感興趣，因為它有專門的方法創建這些類，被你的controller和view繼承。Camping的許多有趣的功能都是用這種方式實現的：

復制代碼代碼如下:

def R(*urls); Class.new(R) { meta_def(:urls) { urls } };
end

　　這使得可以這樣創建controller：
class View < R '/view/(/d+)'
def get post_id
end
end

　　你也可以這樣創建module，然后在類中包含module。

4. 使用method_missing來做有趣的事　Use method_missing to do interesting things

　　除了閉包（block），method_missing可能是Ruby最強大的特性，也是最容易濫用的一個。用好method_missing的話有些代碼會變得超級簡單，甚至是不能缺少。一個好的例子（Camping）是擴展Hash：

復制代碼代碼如下:

	
	class Hash 
	  def method_missing(m,*a)  
	    if m.to_s =~ /=$/  
	      self[$`] = a[0]  
	    elsif a.empty?    
	      self[m]  
	    else 
	      raise NoMethodError, "#{m}" 
	    end 
	  end 
	end 

　　就可以這樣使用hash：

復制代碼代碼如下:

	
	x = {'abc' => 123}  
	x.abc # => 123  
	x.foo = :baz 
	x # => {'abc' => 123, 'foo' => :baz} 

　　如你所見，如果有人調用了一個hash不存在的方法，則會搜索內部集合。如果方法名以=結尾，則會賦給同名的key。

　　Markaby中可以找到另一個很好的method_missing技巧。以下引用的代碼可以生成任何包含CSS class的XHTML標簽：

復制代碼代碼如下:

	
	body do 
	  h1.header 'Blog' 
	  div.content do 
	    'Hellu' 
	  end 
	end 

會生成:

復制代碼代碼如下:

	
	<body> 
	  <h1 class="header">Blog</h1> 
	  <div class="content"> 
	    Hellu  
	  </div> 
	</body> 

　　絕大多數這種功能，特別是CSS class名是通過method_missing設置了self的屬性然后返回self。

5. 方法模式的調度　Dispatch on method-patterns

　　這對于無法預測的方法來說可以輕松的達到可擴展性。我最近創建了一個小型驗證框架，核心的驗證類會找出自身所有以check_開頭的方法并調用，這樣就可以輕松地增加新的驗證：只要往類或實例中添加新方法。
methods.grep /^check_/ do |m|
self.send m
end

　　這非常簡單，并且難以置信的強大。可以看一下Test::Unit到處使用這種方法。

6. 替換方法　Replacing methods

　　有時候一個方法的實現不是你要的，或者只做了一半。標準的面向對象方法是繼承并重載，再調用父類方法。僅當你有對象實例化的控制權時才有用，經常不是這種情況，繼承也就沒有價值。為得到同樣的功能，可以重命名（alias）舊方法，并添加一個新的方法定義來調用舊方法，并確保舊方法的前后條件得到保留。

復制代碼代碼如下:

	
	class String 
	  alias_method :original_reverse, :reverse 
	  def reverse   
	    puts "reversing, please wait..." original_reverse  
	  end 
	end 

　　一個極端的用法是臨時修改一個方法，然后再還原。例如：

復制代碼代碼如下:

	
	def trace(*mths)  
	  add_tracing(*mths) # aliases the methods named, adding tracing      
	  yield 
	  remove_tracing(*mths) # removes the tracing aliases  
	end 

　　這個例子展示了編寫add_tracing和remove_tracing的一種典型方法。它依賴于第1條的單例類：

復制代碼代碼如下:

	
	class Object    
	  def add_tracing(*mths)      
	    mths.each do |m|   
	      singleton_class.send :alias_method, "traced_#{m}", m   
	      singleton_class.send :define_method, m do |*args|  
	        $stderr.puts "before #{m}(#{args.inspect})" 
	        ret = self.send("traced_#{m}", *args)  
	        $stderr.puts "after #{m} - #{ret.inspect}" 
	        ret  
	      end 
	    end    
	  end 
	  def remove_tracing(*mths)     
	    mths.each do |m|  
	      singleton_class.send :alias_method, m, "traced_#{m}" 
	    end 
	  end 
	end 
	"abc".add_tracing :reverse 

　　如果這些方法是添加到module（有一點點不同，看你能不能寫出來！），你也可以在類而非實例上添加和刪除tracing。

7. 使用nil類來引入空對象的重構　Use NilClass to implement the Introduce Null Object refactoring

　　在Fowler的重構中，“引入空對象”的重構是一個對象要么存在，要么為空時有一個預定義值。典型例子如下：

復制代碼代碼如下:

name = x.nil? ? "default name" : x.name

　　目前基于Java的重構會推薦創建一個類似于null的子類。例如NullPerson會繼承Person，重載name方法總是返回"default name"。但是在Ruby中我們可以打開類，可以這樣做：

復制代碼代碼如下:

	
	def nil.name; "default name"; end 
	x # => nil  
	name = x.name # => "default name" 

8. 學習eval的不同版本　Learn the different versions of eval

　　Ruby有幾種版本的執行方法（evaluation）。了解它們的區別和使用情景是很重要的。有eval、instance_eval、module_eval和class_eval幾種。首先，class_eval是module_eval的別名。其次，eval和其他的有些不同。最重要的是eval只能夠執行一個字符串，其它的可以執行block。這意味著eval是你做任何事的最后選擇，它有它的用處，但絕大多數情況下應該用instance_eval和module_eval執行block。

　　eval會在當前環境執行字符串，除非環境已經提供綁定（binding）。（見第11條）

　　instance_eval會在接收者（reveiver）的上下文中執行字符串或block，沒有指定的話self會作為接收者。

　　module_eval會在調用的module的上下文中執行字符串或block。這個比較適合在module或單例類中定義新方法。instance_eval和module_eval的主要區別在于定義的方法會放在哪里。如果你用String.instance_eval定義foo方法會得到String.foo，如果是用module_eval會得到String.new.foo。

　　module_eval幾乎總是適用；要像對待瘟疫一樣避免使用eval。遵守這些簡單的規則會對你有好處。

9. 實例變量的內省　Introspect on instance variables

　　Rails使用了一個技巧來使controller中的實例變量也能用在view中，就是內省一個對象的實例變量。這會嚴重破壞封裝，然而有時候確實非常順手。可以很容易的通過instance_variables、instance_variable_get和instance_variable_set實現。要把所有實例變量從一個復制到另一個，可以這樣：

復制代碼代碼如下:

	
	from.instance_variables.each do |v|  
	  to.instance_variable_set v, from.instance_variable_get(v)  
	end 

10. 從block創建Proc并公開　Create Procs from blocks and send them around

　　把一個Proc實例化保存在變量中并公開的做法使得很多API容易使用。這是Markaby用來管理CSS class定義的一種方法。很容易把block轉換成Proc：
def create_proc(&p); p; end
create_proc do
puts "hello"
end # => #<Proc ...>

　　調用也很容易：
p.call(*args)

　　如果要用proc來定義方法，應該用lambda來創建，就可以用return和break：
p = lambda { puts "hoho"; return 1 }
define_method(:a, &p)

　　如果有block的話method_missing會調用block：
def method_missing(name, *args, &block)
block.call(*args) if block_given?
end
thismethoddoesntexist("abc","cde") do |*args|
p args
end # => ["abc","cde"]

11. 用綁定（binding）來控制eval　Use binding to control your evaluations

　　如果你確實需要用eval，你可以控制哪些變量是有效的。這時候要用kernel方法binding來獲得所綁定的對象。例如：

復制代碼代碼如下:

	
	def get_b; binding; end 
	foo = 13  
	eval("puts foo",get_b) # => NameError: undefined local variable or method `foo' for main:Object 

　　ERb和Rails用這種技術來設置哪些實例變量是有效的。例如：

復制代碼代碼如下:

	
	class Holder  
	  def get_b; binding; end 
	end 
	h = Holder.new 
	h.instance_variable_set "@foo", 25  
	eval("@foo",h.get_b) 

　　希望這些技巧和技術已經為您闡明了元編程。我并不聲稱自己是Ruby或者元編程方面的專家，這只是我對這個問題的一些想法。

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