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了解 Ruby Symbol

2012-10-31 
理解 Ruby Symbol转自:http://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-cn-rubysbl/index.htmlSymbol

理解 Ruby Symbol
转自:http://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-cn-rubysbl/index.html

Symbol 是什么
Ruby 是一个强大的面向对象脚本语言(本文所用 Ruby 版本为1.8.6),在 Ruby 中 Symbol 表示“名字”,比如字符串的名字,标识符的名字。
创建一个 Symbol 对象的方法是在名字或者字符串前面加上冒号:

创建 symbol 对象
               
:foo
:test

:”abc”
:”I am a boy”

你可能会问,字符串就是字符串,干吗还有字符串的名字?这是因为在 Ruby 中字符串也是一种对象,即 String 对象。无论其结构还是操作和 Symbol 对象都是不同的。
在 Ruby 中每一个对象都有唯一的对象标识符(Object Identifier),可以通过 object_id 方法来得到一个对象的标识符。我们来看看 Symbol 对象和 String 对象的差别:

Ruby 对象标识符
               
irb(main):001:0> puts :foo.object_id
327458
=> nil
irb(main):002:0> puts :foo.object_id
327458
=> nil
irb(main):003:0> puts :"foo".object_id
327458
=> nil
irb(main):004:0> puts "foo".object_id
24303850
=> nil
irb(main):005:0> puts "foo".object_id
24300010
=> nil
irb(main):006:0> puts "foo".object_id
24296170
=> nil

可以看到,前三行语句中的 :foo (或者 :"foo")都是同一个 Symbol 对象,其 object id 为327458,而后三行中的字符串”foo”都是不同的对象,其 object id 依次为24303850、24300010、24296170。
可见,每个 String 对象都是不同的,即便他们包含了相同的字符串内容;而对于 Symbol 对象,一个名字(字符串内容)唯一确定一个 Symbol 对象。
值得注意的是创建 Symbol 对象的字符串中不能含有’\0’字符,而 String 对象是可以的。

非法 Symbol 字符串
               
irb(main):001:0>  :"fo\0o"
SyntaxError: compile error
(irb):1: symbol cannot contain '\0'
        from (irb):1
irb(main):002:0> :"foo\0"
SyntaxError: compile error
(irb):2: symbol cannot contain '\0'
        from (irb):2
irb(main):003:0> puts "foo\0".object_id
24305140
=> nil
irb(main):004:0> puts "fo\0o".object_id
24301000
=> nil
irb(main):005:0>

除了可以采用一般的字符串,还可以使用操作符(例如+, -, *, /),变量,常量,方法甚至类的名字来创建 Symbol 对象,例如:+就是一个合法的 Symbol 。实际上,在 Ruby 内部操作符、变量等名字本身就是作为 Symbol 处理的,例如当你定义一个实例变量时, Ruby 会自动创建一个 Symbol 对象,例如 @test 对应为 :@test 。

实例变量的 Symbol
               
class Test 
attr_accessor :test
end

这个类定义了一个具有读写方法的实例变量 @test 。实际上 Ruby 创建了两个 Symbol ,一个是实例变量的 symbol :@test ,另一个是 :test 。那如果使用字符串对象 ”test” 作为参数呢?也可以,仍然会创建两个 symbol ,:test 和 :@test ,为什么还会创建 :test 呢?这是和Ruby的实现相关的(至少Ruby1.8.6里是这样)。
注意,类变量 @@test 和实例变量 @test 对应的 Symbol 显然是不同的。记住:名字相同,则Symbol 相同。

名字相同, Symbol 相同
               
class Test 
  puts :Test.object_id
  Test = 10
  puts :Test.object_id
 
  def Test 
    puts :Test.object_id
  end 
end

Test.new.Test


运行结果
               
224298
224298
224298


名字不同, Symbol 不同
               
class Test 
  puts :Test.object_id

  @@test = 10
  puts :@@test.object_id
  def test 
    puts :test.object_id
    @test = 10 
    puts :@test.object_id

  end 
end

t =Test.new 
t.test 


运行结果
               
224298
288068
79858
288108

第一个例子里,类名、常量名和方法名都是 Test ,因此相应的 Symbol 对象都是 :Test 。不用担心, Ruby 可以很好区分它在不同上下文中到底表示什么。当然这并不是一个好的编程风格,但对于理解 Ruby 的 Symbol 还是有帮助的: Symbol 表示一个名字,仅此而已。
Symbol 对象一旦定义将一直存在,直到程序执行退出。所有 Symbol 对象存放在 Ruby 内部的符号表中,可以通过类方法 Symbol.all_symbols 得到当前 Ruby 程序中定义的所有 Symbol 对象,该方法返回一个 Symbol 对象数组。由于 Symbol 比较多,你可以 dump 到文件中来查看。

all_symbols 方法
               
irb(main):001:0> Symbol.all_symbols.size
=> 4047
irb(main):002:0> Symbol.all_symbols[0..9]
=> [:@level_notifier, :ppx, :msg_dn, :version, :secs, :@user, :pos, :socketpair,
:TkENSURE, :HTTPAccepted]
irb(main):003:0> File.open("sym", "w") do |file| file.puts Symbol.all_symbols end
=> nil

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Symbol 和 String
Symbol 对象和 String 对象是完全不同的东西,对象标识符很明确的说明了这一点。除此之外,我们还可以从两种对象的方法上区分。
查看 Ruby 库参考,你会发现 String 类有非常多的方法,包括 Mixed-in 方法(Ruby中一个类通过 include 其他模块而得到的方法,实现多重继承的效果)、类方法和实例方法;而 Symbol 类只有一个类方法 all_symbols 和7个实例方法。
例如,可以通过 []= 方法改变 string 的内容,而 symbol 则不行:

[]= 方法比较
               
irb(main):001:0> s="test"
=> "test"
irb(main):002:0> s[0]='1'
=> "1"
irb(main):003:0> puts s
1est
=> nil
irb(main):004:0> sym=:test
=> :test
irb(main):005:0> sym[0]=1
NoMethodError: undefined method `[]=' for :test:Symbol
        from (irb):5
irb(main):006:0>

虽然 Symbol 和 String 是不同的对象,但它们之间关系很密切。 Ruby 提供了方法在 Symbol和 String 之间转换。
Symbol 转化为 String
使用 to_s 或 id2name 方法将 Symbol 转化为一个 String 对象:

Symbol 到 String
               
irb(main):001:0> :test.id2name
=> "test"
irb(main):002:0> :test.to_s
=> "test"
irb(main):003:0> :"I am a boy".to_s
=> "I am a boy"

注意,每个 String 对象都是唯一的,因此对一个 Symbol 调用多次将产生多个 String 对象。
String 转化为 Symbol
除了在字符串前面加冒号,还可以使用 to_sym 或 intern 方法将 String 转化为 Symbol ,如果该 Symbol 已经存在,则直接返回。

String 到 Symbol
               
irb(main):001:0> var1 = "test".to_sym
=> :test
irb(main):002:0> var2 = "test".intern
=> :test
irb(main):003:0> var1 == var2
=> true
irb(main):004:0>

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使用 Symbol
正如前边提到的, Ruby 内部一直在使用 Symbol ,比如 Ruby 程序中的各种名字,Symbol本质上是 Ruby 符号表中的东西。使用 Symbol 处理名字可以降低 Ruby 内存消耗,提高执行速度,这点我们在下一篇文章中会看到。
那么 Symbol 对我们有什么用呢?当然也是内存。使用 String 的开销太大了,因为每一个String 都是一个对象。想想前边的例子,一个字符串每出现一次 Ruby 就会创建一个 String 对象。
通常来讲,当你面临 String 还是 Symbol 的选择时,可以参考以下标准:
如果使用字符串的内容,这个内容可能会变化,使用 String
如果使用固定的名字或者说是标识符,使用 Symbol
那么什么时候我们会用到名字呢?很多时候都会,比如枚举值、关键字(哈希表关键字、方法的参数)等等
作为哈希表的 key
哈希表是 Symbol 应用最为广泛的地方。
在ruby中,哈希和数组类似,一个哈希表是一系列 key/value 对的集合,只不过它的 key 取值范围更广泛,可以是任何对象,比如正则表达式。但通常我们都会取有意义的 key ,比如 String、Symbol 。
下面这个哈希表表示按城市分类的一些机器的集合。

一个哈希表例子
               
hosts{
       'beijing' => 'machine1',
       'shanghai'  => 'machine2',
       'guangzhou' => 'machine3',
       'tianjin' =>  'machine4',
       'shenzhen' => 'machine5'
}

如果要引用 beijing 的机器,使用 hosts['beijing'] 。但如果我们程序中要频繁引用哈希表中 value ,这样就不大好了,因为 Ruby 对每一次字符串引用都会生成一个 String 对象,累积下来这个开销是相当大的。
我们完全可以使用 Symbol ,因为对于这些 key 来讲,我们用的就是名字而已,例如下面hosts[:beijing]


使用 Symbol 作为 key
               
hosts = {
 :beijing => 'machine1',
 :shanghai => 'machine2',
 :guangzhou => 'machine3',
 :tianjin  => 'machine4',
 :shenzhen => 'machine5'
}

哈希参数
通常我们定义的函数的参数的个数和顺序是写死的,调用函数的时候要确保参数的个数、顺序匹配,有时候这样很不方便,使用哈希参数可以解决这个问题。
ROR 中就大量地运用这种方式,也许你已经看到了,到处都是 Symbol 和哈希。比如:

使用哈希参数的方法调用
               
link_to 'Show', :action => 'show', :id => product

add_column :products, :price, :decimal,
:precision => 8, :scale => 2, :default => 0

使用哈希参数的方法可以如下定义,前半部分为固定参数,后面为可变参数,或者干脆全采用哈希参数:

哈希参数
               
def my_method(para1, …, options={})
#your code
end

def my_method(options={})
#your code
end

如果你希望设定一些默认参数,并允许调用者更改这些参数,可以使用哈希对象的 merge! 方法
hsh.merge!( other_hash )。该方法将 other_hash 里内容加到 hsh 中,如果other_hash 与 hsh 有重复的 key ,则 key 在 other_hash 中的 value 覆盖 hsh 中对应 key 的 value 。

方法定义-使用默认参数
               
class Test
def my_method(opts={})
  default_opts={:arg1 => 10, :arg2 => "abc"}
  default_opts.merge!(opts)
  default_opts.each{|key,value| puts "#{key} is #{value}"}
end
end

t = Test.new
t.my_method :arg1=>5, :arg3=>"def"


运行结果
               
arg1 is 5
arg2 is abc
arg3 is def



在 Rails 中,对 hash 类进行了扩展,可以使用 reverse_merge! 方法来达到上述效果。该方法在 ActiveSupport::CoreExtensions::Hash::ReverseMerge 中定义。Rails 甚至还提供了 assert_valid_keys 方法,对传递进来的哈希表的 keys 进行合法性检验。
Perl 说,条条大路通罗马。在 Ruby 中也是这样的,也许你会发现更好的应用 Symbol 和哈希的方法。

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