Ruby元編程技術(shù)詳解（Ruby Metaprogramming techniques）
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(shù)的例子和講解。無論好壞，元編程已經(jīng)進(jìn)入Ruby社區(qū)，并成為完成各種任務(wù)和簡化代碼的標(biāo)準(zhǔn)方式。既然找不到這類資源，我準(zhǔn)備拋磚引玉寫一些通用Ruby技術(shù)的文章。這些內(nèi)容可能對從其它語言轉(zhuǎn)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(jīng)典方法是執(zhí)行如下代碼：
sclass = (class << self; self; end)
RCR231建議這樣定義Kernel#singleton_class方法：
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(dāng)你想創(chuàng)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：
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(xiàn)方法：
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(dá)到了這個目的。我們?yōu)樵瓉淼姆椒ㄈe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(diào)用存取器。這種動態(tài)創(chuàng)建方法和存取器的技術(shù)在單例類是很常見的，特別是Rails。
3. 動態(tài)創(chuàng)建class和module Create classes and modules dynamically
Ruby允許你動態(tài)創(chuàng)建和修改class和module。你可以在沒有凍結(jié)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：
PersonVO = Struct.new(:name, :phone, :email)
p1 = PersonVO.new(:name => "Ola Bini")
這會創(chuàng)建一個新類，并賦給PersonVO，然后創(chuàng)建一個類的實例。從草稿創(chuàng)建新類并定義新方法也很簡單：
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(chuàng)建類的例子。Camping尤其令人感興趣，因為它有專門的方法創(chuàng)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(xiàn)的：
def R(*urls); Class.new(R) { meta_def(:urls) { urls } };
end
這使得可以這樣創(chuàng)建controller：
class View < R '/view/(\d+)'
def get post_id
end
end
你也可以這樣創(chuàng)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(qiáng)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(kuò)展Hash：
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：
x = {'abc' => 123}
x.abc # => 123
x.foo = :baz
x # => {'abc' => 123, 'foo' => :baz}
如你所見，如果有人調(diào)用了一個hash不存在的方法，則會搜索內(nèi)部集合。如果方法名以=結(jié)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(biāo)簽：
body do
h1.header 'Blog'
div.content do
'Hellu'
end
end
會生成:
<body>
<h1 class="header">Blog</h1>
<div class="content">
Hellu
</div>
</body>
絕大多數(shù)這種功能，特別是CSS class名是通過method_missing設(shè)置了self的屬性然后返回self。
5. 方法模式的調(diào)度 Dispatch on method-patterns
這對于無法預(yù)測的方法來說可以輕松的達(dá)到可擴(kuò)展性。我最近創(chuàng)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(diào)用，這樣就可以輕松地增加新的驗證：只要往類或?qū)嵗刑砑有路椒ā?
methods.grep /^check_/ do |m|
self.send m
end
這非常簡單，并且難以置信的強(qiáng)大?？梢钥匆幌耇est::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(xiàn)不是你要的，或者只做了一半。標(biāo)準(zhǔn)的面向?qū)ο蠓椒ㄊ抢^承并重載，再調(diào)用父類方法。僅當(dāng)你有對象實例化的控制權(quán)時才有用，經(jīng)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(diào)用舊方法，并確保舊方法的前后條件得到保留。
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：
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：
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(gòu) Use NilClass to implement the Introduce Null Object refactoring
在Fowler的重構(gòu)中，“引入空對象”的重構(gòu)是一個對象要么存在，要么為空時有一個預(yù)定義值。典型例子如下：
name = x.nil? ? "default name" : x.name
目前基于Java的重構(gòu)會推薦創(chuàng)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：
def nil.name; "default name"; end
x # => nil
name = x.name # => "default name"
8. 學(xué)習(xí)eval的不同版本 Learn the different versions of eval
Ruby有幾種版本的執(zhí)行方法（evaluation）。了解它們的區(qū)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(zhí)行一個字符串，其它的可以執(zhí)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(shù)情況下應(yīng)該用instance_eval和module_eval執(zhí)行block。
eval會在當(dāng)前環(huán)境執(zhí)行字符串，除非環(huán)境已經(jīng)提供綁定（binding）。（見第11條）
instance_eval會在接收者（reveiver）的上下文中執(zhí)行字符串或block，沒有指定的話self會作為接收者。
module_eval會在調(diào)用的module的上下文中執(zhí)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(qū)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(guī)則會對你有好處。
9. 實例變量的內(nèi)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(nèi)省一個對象的實例變量。這會嚴(yán)重破壞封裝，然而有時候確實非常順手?？梢院苋菀椎耐ㄟ^instance_variables、instance_variable_get和instance_variable_set實現(xiàn)。要把所有實例變量從一個復(fù)制到另一個，可以這樣：
from.instance_variables.each do |v|
to.instance_variable_set v, from.instance_variable_get(v)
end
10. 從block創(chuàng)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(zhuǎn)換成Proc：
def create_proc(&p); p; end
create_proc do
puts "hello"
end # => #<Proc ...>
調(diào)用也很容易：
p.call(*args)
如果要用proc來定義方法，應(yīng)該用lambda來創(chuàng)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(diào)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：
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(shù)來設(shè)置哪些實例變量是有效的。例如：
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(shù)已經(jīng)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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