高見龍

iOS app/Ruby/Rails Developer & Instructor, 喜愛非主流的新玩具 :)

Ruby 語法放大鏡之「有的變數變前面有一個冒號(例如 :name),是什麼意思?」

English version is available.

Ruby 語法放大鏡」系列短文主要是針對在大家學習 Ruby 或 Rails 時看到一些神奇但不知道用途的語法介紹,希望可以藉由這一系列的短文幫大家更容易的了解到底 Ruby 或 Rails 是怎麼回事。

隨便打開一個 Rails 專案,應該都看過類似像這樣的內容:

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class User < ActiveRecord::Base
  has_many :products
  validates :name, presence: true
end

class Product < ActiveRecord::Base
  belongs_to :user
end

或是

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class ProductController < ApplicationControl
  before_action :find_product

  # .. 中略

  private
  def find_product
    @product = Product.find_by(id: params[:id])
  end
end

這在 Rails 專案裡是很常見的寫法,但這裡 :products:user:name 以及 :find_product 是什麼意思呢? 用一般的字串或變數不行嗎?

這可能是在大部份的人在學習 Ruby / Rails 的時候覺得困擾的問題。這東西在 Ruby 裡稱之 Symbol,中文翻譯做符號,它的寫法是在前面加上個冒號。

常見的 Symbol 的命名規則跟一般的變數差不多,是以用英文字母或數字的組合,例如 :name:title,非英文也可以,像是 :姓名:おはよう也行,甚至要在中間加上空白也沒問題,如果要使用空白字元的話,會需要用引號包起來,例如 :"hello world"。不過以使用頻率來說,大多還是以英文字母的組合為主。

Symbol 是什麼

Symbol 其實是有點玄的東西,有些人認為它就是的變數,或就是只是個名字,但事實上它不就是變數或名字這麼簡單,你可以想像它是一個「帶有名字的物件」:

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>> :name.class
=> Symbol

Symbol 就是一個 Symbol 類別的實體(廢話),它可用來表示某個狀態,例如我在 Objective-C 如果想要比對訂單的狀態,可能會這樣寫:

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#define OrderStatusPending    0
#define OrderStatusProcessing 1
#define OrderStatusComplete   2

或是寫成 Enum,像這樣:

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enum OrderStatus {
    OrderStatusPending    = 0,
    OrderStatusProcessing = 1,
    OrderStatusComplete   = 2
};

然後可以用來比對:

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if (order.status == OrderStatusPending) {
    NSLog(@"order is pending");
}

在 Ruby 也可以做類似的事,但不需要特別定義或宣告,因為 Symbol 本身就是一個「帶有名字的物件」,來一段簡單的範例:

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class Order
  attr_reader :status

  def initialize(items, status = :pending)
    @items = items
    @status = status
  end

  def compete
    @status = :complete
  end
end

order = Order.new(["item A", "item B", "item C"])

if order.status == :pending
  puts "order is pending"
end

你也許會好奇這裡的 :pending:complete 是什麼? 其實它就是代表 pending 跟 complete 這兩個狀態,前面提到 Symbol 是一種「帶有名字的物件」,正如其名,Symbol 就是符號,這個符號表示「已完成」或「未完成」。

那.. 上面這個例子,把 Symbol 改用字串可以嗎? 當然是可以的。

Symbol 跟變數有什麼不同?

變數是一個指向某個物件的名字,例如:

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greeting = "Hello Ruby"

上面這行語法,是指 greeting 這個名字指向 "Hello Ruby" 這個字串物件,但如果沒有 "Hello Ruby" 這個字串給它指,這個名字本身是沒辦法單獨存在的。

而 Symbol 是一個「帶有名字的物件」,本身不需要指向任何東西也可以拿來用,例如上面的 :pending:complete 的例子。

事實上,你也沒辦法直接拿 Symbol 來當變數,像這樣會出現語法錯誤:

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>> :name = "見龍"
>> SyntaxError: (irb):27: syntax error, unexpected '=', expecting end-of-input :name = "見龍"

其實,當你宣告一個變數,例如:

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my_name = "見龍"

Ruby 會偷偷的新增一個叫做 :my_name 的 Symbol,打開 irb 來試試:

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# 使用 all_symbols 方法可以列出目前共有幾個 symbol
# 隨著 Ruby 版本的不同以及載入的模組不同,算出來的數字會不同
>> Symbol.all_symbols.count
=> 3489

# 這裡定義了一個叫做 my_name 的區域變數
>> my_name = "見龍"
=> "見龍"

# 算一下,symbol 的數量多一個了
>> Symbol.all_symbols.count
=> 3490

# 檢查一下,發現它偷偷的出現在 symbol 列表裡了
>> Symbol.all_symbols.map(&:to_s).include?("my_name")
=> true

事實上,定義一個新的類別或是方法也都會產生新的 Symbol 喔 :)

Symbol 跟字串有什麼不同?

上課時候最常被問到的問題之一,就是「Symbol 跟字串有什麼不一樣?」

字串的內容可以變,但 Symbol 不行

簡單的說,Symbol 跟字串有點像,Symbol 也有一些跟字串長得很像的方法,例如 lengthupcasedowncase 等等。不過 Symbol 本身是不能被修改的,但字串可以。一樣開 irb 來試試:

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# 像字串一樣的操作
>> :hello.length
=> 5
>> :hello.upcase
=> :HELLO

# 假設有個 hello 字串,可以使用中括號 + 索引來取得其中某個字元
>> "hello"[0]
=> "h"
>> "hello"[3]
=> "l"

# Symbol 也行
>> :hello[0]
=> "h"
>> :hello[3]
=> "l"

# 這回來試著修改某個字母,例如想把 h 換成 k
>> "hello"[0] = "k"
=> "k"

# 但在 Symbol 上卻行不通,會發生錯誤 (因為 Symbol 類別並沒有 []= 這個方法)
>> :hello[0] = "k"
NoMethodError: undefined method `[]=' for :hello:Symbol'`

所以,其實你也可以把 Symbol 看做是一種「不可變(immutable)的字串」。

字串的效能稍微差一些

在 Ruby 裡,每次要產生一個新的字串的時候,它會都向去要一塊新的記憶體,來看看這個例子:

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5.times do
  puts "hello".object_id
end

# => 70199659402580
# => 70199659366640
# => 70199659366560
# => 70199659366500
# => 70199659366420

object_id 方法會取得該物件在 Ruby 世界裡的唯一的數字編號,在不同的電腦或不同的 Ruby 版本所得到的結果可能會不太一樣。

相同的物件會有相同的 object id,不同的物件則會有不同的 object id。從上面這個例子可以發現,即使一樣都是 "hello" 字串,Ruby 每次在產生字串的時候都會產生一個新的 object id,表示它們是在記憶體裡其實是不同的 5 個物件。

但 Symbol 就不同了:

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5.times do
  puts :hello.object_id
end

# => 899228
# => 899228
# => 899228
# => 899228
# => 899228

只要是一樣的 Symbol,就會有相同的 object id,表示他們是同一顆東西,當 Ruby 第二次要取用同一個 Symbol 的時候,它會直接從記憶體裡拿,而不用重新產生一份,所以 Symbol 相對的較節省記憶體。

雖然說相對的節省記憶體,但在 Ruby 2.2 之前,Symbol 所佔用的記憶體沒辦法被自動回收,要釋放掉 Symbol 所佔用的記憶體只能重新啟動應用程式,所以如果大量的產生 Symbol 的話有可能會造成 memory leak 的問題。Ruby 2.2 之後加入了 Symbol GC(Garbage Collection) ,那些動態用 to_symintern 等方法長出來的 Symbol 就可以跟一般物件一樣被回收了。

參考連結:Symbol GC

附帶一提,如果把字串給"冰凍"(freeze)起來,讓它變成不可修改的話,它的 object id 也會是同樣的。

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5.times do
  puts "hello".freeze.object_id
end

# => 70314415546380
# => 70314415546380
# => 70314415546380
# => 70314415546380
# => 70314415546380

Symbol 的比較(Comparison)比字串快

直接寫一段 benchmark,讓它跑個 1 億次看看結果:

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require 'benchmark'
loop_times = 100000000

str = Benchmark.measure do
  loop_times.times do
    "hello" == "hello"
  end
end.total

sym = Benchmark.measure do
  loop_times.times do
    :hello == :hello
  end
end.total

puts "Benchmark"
puts "String: #{str}"
puts "Symbol: #{sym}"

# => Benchmark
# => String: 12.299999999999999
# => Symbol: 5.750000000000002

Symbol 的處理速度明顯比字串快得多,那是因為 Symbol 在做比較的時候,是直接比對這兩顆物件的 object id 是不是相同,讓我們挖 Ruby 的原始碼出來看看。這是 Symbol 在處理比較時候的 function:

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// 檔案:object.c

VALUE
rb_obj_equal(VALUE obj1, VALUE obj2)
{
  if (obj1 == obj2) return Qtrue;
  return Qfalse;
}

再讓我們挖看看字串是怎麼做比較的:

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// 檔案:string.c

static VALUE
str_eql(const VALUE str1, const VALUE str2)
{
  const long len = RSTRING_LEN(str1);
  const char *ptr1, *ptr2;

  if (len != RSTRING_LEN(str2)) return Qfalse;
  if (!rb_str_comparable(str1, str2)) return Qfalse;
  if ((ptr1 = RSTRING_PTR(str1)) == (ptr2 = RSTRING_PTR(str2)))
    return Qtrue;
  if (memcmp(ptr1, ptr2, len) == 0)
    return Qtrue;
  return Qfalse;
}

猜得出來它的比較是一個字母一個字母逐一比對。

所以在效能上來說,字串在做比較的時間複雜度會隨著字母的數量(N)而增加,所以它的時間複雜度是 O(N),但 Symbol 的比較因為只比較是不是同一顆物件,所以它的複雜度是固定的 O(1)。

字串跟 Symbol 是可以互相轉換的

字串及 Symbol 類別都有提供一些方法可以互相轉換,例如:

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# 使用 to_sym 可把字串轉成 symbol
>> "name".to_sym
=> :name

# intern 方法比較不常看到其它人用(因為這個方法看起來不怎麼直覺),但其實跟 to_sym 是一樣的效果
>> "name".intern
=> :name

# 另外也可用 %s 來做轉換
>> %s(name)
=> :name

# 用 to_s 方法可以把 symbol 轉成字串
>> :name.to_s
=> "name"

# 還有個不常用但功能跟 to_s 一樣的方法
>> :name.id2name
=> "name"

使用時機

講這麼多,那到底什麼時候該用 Symbol,什麼時候該用字串?

Hash 裡的 Key

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>> profile = { name: "見龍", age: 18 }
=> {:name=>"見龍", :age=>18}

這裡的 :name:age 就是 Symbol,詳細內容可參考這篇

因為 Symbol 不可變(immutable)的特性,以及它的查找、比較的速度比字串還快,它很適合用來當 Hash 的 Key。

字串的方法比較多、比較好用

雖然也是可以把 Symbol 當字串用,但畢竟 Symbol 類別內建的方法不像字串類別那麼豐富,所以如果你想要用字串那些好用的功能,就選擇用字串而不要選擇 Symbol。

又,如果你只是想在畫面上把內容印出來,那就選用字串,是因為 Symbol 被輸出的時候,還是會先轉型成字串,所以效能就又差了那麼一點點。

要怎麼知道那些方法的參數是要使用字串還是使用 Symbol?

先看個例子:

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class Cat
  attr_accessor :name
end

kitty = Cat.new
kitty.name = "Nancy"
puts kitty.name       # => Nancy

如果把 attr_accessor :name 換成 attr_accessor "name" 一樣可以正常運轉。

有的方法的參數是用字串,有的是用 Symbol,有的是兩種都能用,那該怎麼知道該用哪一種?

答案很簡單,就是,看.手.冊!! 就是 RTFM 啦! 遇到不知道怎麼用的,去查它的 API 手冊最直接了

Ruby 黑魔法

最後來玩一點 Ruby 的黑魔法! 如果我想要挑出 1 到 100 之間所有的單數,可以這樣寫:

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# 使用陣列的 select 方法搭配 block 可以輕鬆完成
>> [*1..100].select { |i| i.odd? }
=> [1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, ... 97, 99]

# 但後面那個 block 也可再簡寫成這樣
>> [*1..100].select(&:odd?)
=> [1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, ... 97, 99]

那個 :odd? 也是個 Symbol 喔! 為什麼可以這樣寫.. 嗯,這又是 Ruby 的黑魔法之一,不過離本次主題有點遠,我們有機會再另外寫一篇來解釋。

小結

Symbol 可以說是個簡單但又不太簡單的東西,希望這篇文章可以稍微幫大家稍微釐清一些觀念。如果上述內容有誤,或是還有不清楚的地方,歡迎在底下留言、指教。

Ruby 語法放大鏡之「為什麼 Hash 好像有不同的寫法?」

Ruby 語法放大鏡」系列短文主要是針對在大家學習 Ruby 或 Rails 時看到一些神奇但不知道用途的語法介紹,希望可以藉由這一系列的短文幫大家更容易的了解到底 Ruby 或 Rails 是怎麼回事。

在 Ruby 裡的 Hash 的寫法,是用一個大括號,裡面是一堆 key 跟 value 的配對組合,一個蘿蔔一個坑,就像這樣:

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profile = { :name => "見龍", :age => 18, :title => "紅寶石鑑定商" }

在 Ruby 1.9 之後,Ruby 提供了另一款類似 JSON 格式的 Hash 寫法,上面這行可以改寫成這樣:

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profile = { name: "見龍", age: 18, title: "紅寶石鑑定商" }

少了 =>,改用 : 並且把 key 前面的冒號也移掉了,看起來好像比較清爽一點。但不管是舊式或是新式的 Hash 寫法,本質上並沒有改變,新式寫法其實只是語法糖衣而已,不信可試著把它印出來看看:

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puts profile       # => {:name=>"見龍", :age=>18, :title=>"紅寶石鑑定商"}

會得到跟舊式寫法一樣的結果。 所以,如果想要取得 profile 這個 Hash 的內容,還是得用 Symbol 來存取,使用字串會取得不正確結果:

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puts profile[:name]      # => 見龍
puts profile["name"]     # => nil

puts profile[:title]     # => 紅寶石鑑定商
puts profile["title"]    # => nil

但我在寫 Rails 的時候好像都可以耶…

隨便打開一個 Rails 專案的 Controller,你可能會看過像這樣的程式碼:

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class ProductionController < ApplicationController
  def show
    @product = Product.find(params[:id])
  end
end

這裡不管你是用 params[:id] 或是 params["id"],都可以拿到你要的結果。

怎麼辦到的? 我們直接在 show action 裡放個中斷點看看,順便來練習怎麼追程式碼:

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[9, 19] in /private/tmp/blog/app/controllers/products_controller.rb
    9:
   10:  # GET /products/1
   11:  # GET /products/1.json
   12:  def show
   13:    @product = Product.find(params[:id])
=> 14:    debugger
   15:  end
   16:
   17:  # GET /products/new
   18:  def new
   19:    @product = Product.new

# 先看一下 params 的內容
(byebug) params
<ActionController::Parameters {"controller"=>"products", "action"=>"show", "id"=>"1"} permitted: false>

 # 很好,這個 params 看起來像是一個 Hash
 # 而且它是用字串當做 key,讓我們試著用字串來取值...
(byebug) params["id"]
"1"

# 用 Symbol 也可以
(byebug) params[:id]
"1"

# 來看看這個 params 是什麼東西...
(byebug) params.class
ActionController::Parameters

# 繼續來挖看看這個取值的 [] 方法放在哪兒...
(byebug) params.method("[]".to_sym)
#<Method: ActionController::Parameters#[]>

(byebug) params.method("[]".to_sym).source_location
["/Users/user/.rvm/gems/ruby-2.3.0/gems/actionpack-5.0.0.beta3/lib/action_controller/metal/strong_parameters.rb", 400]

抓到了! 就讓我們打開這個 strong_parameters.rb 檔案的第 400 行,繼續追:

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def [](key)
  convert_hashes_to_parameters(key, @parameters[key])
end

嗯…這個 @parameters 是怎麼來的? 發現在 initialize 方法裡有寫到:

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def initialize(parameters = {})
  @parameters = parameters.with_indifferent_access
  @permitted = self.class.permit_all_parameters
end

原來,@parameters 是呼叫了 Hash 類別的 with_indifferent_access 方法所做出來的。但這個方法並不是 Ruby 內建的,而是 Rails 幫 Hash 做的擴充功能。

Rails 幫 Ruby 的 Hash 加了一個 ActiveSupport::HashWithIndifferentAccess 類別,讓開發者在取存 Hash 的時候可以使用 Symbol (例如:params[:id]) 也可以使用字串 (例如:params[“id”]),畢竟在其它程式語言不見得有 Symbol 的設計,這樣的擴充可以讓從別的程式語言轉過來的新朋友比較能習慣。

如果對 ActiveSupport::HashWithIndifferentAccess 的內容有興趣,可以點這裡看看它是怎麼做到的。

我們開 irb 來玩一下:

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>> require "active_support/core_ext/hash/indifferent_access"
=> true

# profile 是一般的 Hash
>> profile = {name: "見龍", age: 18, title: "紅寶石鑑定商"}
=> {:name=>"見龍", :age=>18, :title=>"紅寶石鑑定商"}

# 用字串拿不到
>> profile["name"]
=> nil

# 要用 Symbol 才可以
>> profile[:name]
=> "見龍"

# 用 with_indifferent_access 做一個新的 new_profile
>> new_profile = profile.with_indifferent_access
=> {"name"=>"見龍", "age"=>18, "title"=>"紅寶石鑑定商"}

# 用字串可以
>> new_profile["name"]
=> "見龍"

# 用 Symbol 也可以
>> new_profile[:name]
=> "見龍"

所以,下回在存取 Hash 裡的東西的時候,要記得要拿正確的 key 喔 :)

新網址,連載再開!

好可怕,時間過得好快,一年一下子就過去了。這一年來忙公司、社群、校園推廣的事,結果一整年都沒更新 Blog! (藉口)

給自己買了個新的 domain,重新繼續連載,希望不會再富堅了!

Ruby 語法放大鏡之「有時候會看到有兩個冒號寫法是什麼意思?」

Ruby 語法放大鏡」系列短文主要是針對在大家學習 Ruby 或 Rails 時看到一些神奇但不知道用途的語法介紹,希望可以藉由這一系列的短文幫大家更容易的了解到底 Ruby 或 Rails 是怎麼回事。

隨便打開你 Rails 專案裡的 model 檔案,它可能會長得像這樣:

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class Post < ActiveRecord::Base
  belongs_to :user
  belongs_to :category
end

第一行後面那個 ActiveRecord::Base 裡面的 2 個冒號 ::,各位知道是什麼意思嗎?

菜市場名

也許你也叫金城武(或自己覺得自己長得像金城武),然後我也剛好也很巧叫金城武,這樣在大街上大叫一聲帥哥就一堆人回頭了,不太好。

寫程式偶爾也會遇到這樣的狀況,舉例來說,如果大家剛好都有一個叫做 Animal 的類別或是 Flyable 的模組,放在同一個專案裡就會打架了。所以 Ruby 有設計 namespace 來解決這個問題。

在 Ruby 裡,因為 moduleclass 可以有巢狀結構(類別裡可以包模組,模組裡面可以包類別,就是大腸包小腸的概念啦),剛好可以拿來做 namespace 的包裝,例如:

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module Utility
  module Flyable
    def fly
      # ....
    end
  end
end

這樣一來,如果要使用 Flyable 這個類別的話:

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class Cat
  include Utility::Flyable
end

要 include 那個 Flyable 模組,就必須連名帶姓的 include,也就是「樹林::金城武」、「三重::劉德華」的概念。

除此之外,其實你也可把常數包在 namespace 裡:

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module Utility
  TaxRate = 10
  module Flyable
    Speed = 20
    def fly
      # ....
    end
  end
end

puts Utility::TaxRate          # => 10
puts Utility::Flyable::Speed   # => 20

要使用這些常數,也是一樣要提供完整的路徑給才行。(如果你知道的話,其實不管是類別或模組,它們的名字基本上也就是常數而已)

所以,原來這段程式範例:

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class Post < ActiveRecord::Base
  belongs_to :user
  belongs_to :category
end

它的意思就是說有一個叫做 Post 的類別,它是繼承自某個放在 ActiveRecord 的模組(或類別)裡的 Base 類別。如果去 github 上翻 Rails 的原始碼的話(連結),應該可以看到這段:

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module ActiveRecord
  # .....
  # 中略
  # .....
  class Base
    extend ActiveModel::Naming
    extend ActiveSupport::Benchmarkable
    extend ActiveSupport::DescendantsTracker

    extend ConnectionHandling
    extend QueryCache::ClassMethods
    # ... 略
  end
end

的確是有一個 ActiveRecord 的模組,裡面包了一個 Base 的類別沒錯 :)

Ruby 語法放大鏡之「類別跟模組有什麼不一樣?」

Ruby 語法放大鏡」系列短文主要是針對在大家學習 Ruby 或 Rails 時看到一些神奇但不知道用途的語法介紹,希望可以藉由這一系列的短文幫大家更容易的了解到底 Ruby 或 Rails 是怎麼回事。

在網路上常看到一些介紹 Ruby 裡類別(class)跟模組(module)的差別,有人說他們兩個差別很大,是完全不同的東西。事實上,類別跟模組是很像的。可能很多人不知道,類別跟模組是有血緣關係的,如果你試著這樣做:

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puts Class.superclass

你會得到 Module 這個類別。也就是說,在 Ruby 裡,「類別」其實就是「模組」的後代,類別根本就是繼承自模組來的。既然是同一個體系,自然沒有太多的差異。

那差別是什麼?

最明顯的差別,當然就是一個是用 class 來定義,一個是用 module 來定義。至於前、後代功能上的差別,我們只要寫幾行簡單的程式就可以看得出來:

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# 前、後代的類別方法差異:
p Class.methods - Module.methods

# 或直接這樣寫:
p Class.methods(false)

上面這段會得到 [] (空陣列),表示他們在類別方法上並沒有差別。再來看看實體方法的差別:

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# 前、後代的實體方法差異:
p Class.instance_methods - Module.instance_methods

# 或直接這樣寫:
p Class.instance_methods(false)

會得到以下結果:

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[:allocate, :new, :superclass]

其中,allocatenew 跟產生實體(instance)有關,superclass 跟繼承有關。

也就是說,類別比模組多了可以「產生實體」的能力以及「繼承」的能力。

那用途上有什麼差別?

請大家先思考一個問題:「如果我有一個小貓類別,我希望這個小貓會飛,你會怎麼做?」

  1. 直接寫一個有飛行功能的小鳥類別,然後再叫小貓類別去繼承它?

  2. 直接把飛行功能寫在小貓類別裡?

第 1 種做法的設計有點怪怪的,好好的貓不當,為什麼要去當鳥? 為了想要有飛行功能就去當別人家的小孩…

第 2 種做法看來似乎可行,但如果之後又有個「我希望我的這個小狗類別也會飛!」的需求,那這樣又得在小狗類別裡寫一段飛行功能,程式碼沒辦法共同。

這時候,模組就可以派上用場了。

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module Flyable
  def fly
    puts "I can fly!"
  end
end

class Cat
  include Flyable
end

kitty = Cat.new
kitty.fly        # => I can fly!

在上面這段範例中,我做了一個飛行模組(Flyable),然後小貓類別不用特別寫什麼功能,就只要把這個飛行模組掛上去(include)就搞定了。

如果之後小狗類別也想要會飛的話,只要這樣:

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class Dog
  include Flyable
end

小狗也會飛了。

要用繼承還是要用模組?

基本上,如果你發現你要做的這個功能,它可能在很多不同體系的類別裡都會用得到,那你可以考慮把功能包在模組裡,然後在必要的時候再 include 進來即可。

如果你還是不知道到底類別跟模組有什麼差別,我再舉二個例子。

不知道大家有沒看過火影忍者這部漫畫,漫畫裡的主人公之一,宇智波佐助,因為他們家族血統的關係,他寫輪眼這個功能是天生就有的,這個功能是從他的家族「繼承」來的。而佐助的老師,旗木卡卡西,他雖然也有寫輪眼功能,但他的寫輪眼並非繼承來的,事實上是他在年輕時候 include 了某個寫輪眼模組,所以才有這個效果。

另一個例子,海賊王漫畫裡,魯夫本來是普通人,但在偶然的機會下,他 include 了橡膠果實之後,他就有了橡膠人的能力了,並不是因為他老爸是橡膠人所以他才是橡膠人。

以上,希望能讓大家在使用類別跟模組時有更進一步的認識 :)