Ruby面向对象编程核心概念与实践

# Ruby 面向对象编程核心概念与实践 ## 1. 为何采用面向对象编程 在软件开发领域，存在面向对象和过程式两种编程风格。为了更直观地展示二者差异，假设有两位开发者接到相同任务：编写计算不同形状（正方形和三角形）周长与面积的代码。 ### 1.1 过程式编程实现 过程式程序员迅速完成代码编写，实现了四个函数： ```ruby def perimeter_of_square(side_length) side_length * 4 end def area_of_square(side_length) side_length * side_length end def perimeter_of_triangle(side1, side2, side3) side1 + side2 + side3 end def area_of_triangle(base_width, height) base_width * height / 2 end ``` ### 1.2 面向对象编程实现 面向对象程序员则花费更多时间，定义了 `Shape` 类，并创建了继承自 `Shape` 的 `Square` 和 `Triangle` 类： ```ruby class Shape end class Square < Shape def initialize(side_length) @side_length = side_length end def area @side_length * @side_length end def perimeter @side_length * 4 end end class Triangle < Shape def initialize(base_width, height, side1, side2, side3) @base_width = base_width @height = height @side1 = side1 @side2 = side2 @side3 = side3 end def area @base_width * @height / 2 end def perimeter @side1 + @side2 + @side3 end end ``` ### 1.3 对比分析 过程式代码简洁，但当需求变化或处理大量不同形状时，开发者需牢记每种形状对应的计算函数。而面向对象代码虽初始编写复杂，但具有更好的可扩展性和可维护性。例如，后续添加新形状时，只需继承 `Shape` 类并实现相应方法即可。 ### 1.4 结论 面向对象编程的优势在于，即使代码结构更复杂，但非专业人员也能轻松理解类和对象之间的关系，且代码更易于维护和更新，以适应实际应用场景。 ## 2. 面向对象编程基础 ### 2.1 类与对象 - **类**：是对象的蓝图，定义了对象的属性和方法。例如 `Shape` 类可用于创建多个形状对象。 - **对象**：是类的实例。通过 `Shape.new` 可创建 `Shape` 类的新实例。 ### 2.2 变量类型 #### 2.2.1 局部变量 局部变量只能在定义它的代码块内使用。示例如下： ```ruby x = 10 def basic_method puts x end basic_method ``` 运行上述代码会报错，因为 `x` 是局部变量，在 `basic_method` 方法中不可用。 #### 2.2.2 全局变量 全局变量以 `$` 开头，可在程序的任何地方使用。示例： ```ruby def basic_method puts $x end $x = 10 basic_method ``` #### 2.2.3 实例变量 实例变量以 `@` 开头，属于特定对象。在 `Square` 类中，`@side_length` 就是实例变量，可在对象的不同方法中使用。示例： ```ruby class Square def initialize(side_length) @side_length = side_length end def area @side_length * @side_length end end a = Square.new(10) puts a.area ``` #### 2.2.4 类变量 类变量以 `@@` 开头，作用域为整个类。可用于存储与类的所有对象相关的信息，如记录创建的对象数量： ```ruby class Square def initialize if defined?(@@number_of_squares) @@number_of_squares += 1 else @@number_of_squares = 1 end end end ``` ### 2.3 类方法与对象方法 - **对象方法**：操作特定对象，如 `Square` 类的 `area` 方法。 - **类方法**：直接作用于类本身。示例： ```ruby class Square def self.test_method puts "Hello from the Square class!" end def test_method puts "Hello from an instance of class Square!" end end Square.test_method Square.new.test_method ``` ### 2.4 继承 继承是面向对象编程的重要概念，允许子类继承父类的属性和方法。Ruby 只支持单继承。示例： ```ruby class ParentClass def method1 puts "Hello from method1 in the parent class" end def method2 puts "Hello from method2 in the parent class" end end class ChildClass < ParentClass def method2 puts "Hello from method2 in the child class" end end my_object = ChildClass.new my_object.method1 my_object.method2 ``` 继承的好处是子类可复用父类的功能，并添加自己的特定功能。 ### 2.5 方法重写 Ruby 作为动态语言，允许重写现有类和方法。例如重写 `String` 类的 `length` 方法： ```ruby class String def length 20 end end puts "This is a test".length ``` 重写方法时需谨慎，以免影响程序的正常运行。 ### 2.6 反射与对象方法查询 反射允许程序在运行时检查、分析和修改自身。可使用 `methods` 方法查询对象的所有可用方法： ```ruby a = "This is a test" puts a.methods.join(' ') ``` ### 2.7 封装 封装可控制类的方法和属性的可见性，分为公共、私有和受保护三种级别。示例： ```ruby class Person def initialize(name) set_name(name) end def name @first_name + ' ' + @last_name end private def set_name(name) first_name, last_name = name.split(/\s+/) set_first_name(first_name) set_last_name(last_name) end def set_first_name(name) @first_name = name end def set_last_name(name) @last_name = name end end ``` ### 2.8 多态 多态允许代码同时处理不同类型和类的对象。例如 `+` 方法可用于数字相加、字符串连接和数组合并。示例： ```ruby class Animal attr_accessor :name def initialize(name) @name = name end end class Cat < Animal def talk "Meaow!" end end class Dog < Animal def talk "Woof!" end end animals = [Cat.new("Flossie"), Dog.new("Fido"), Cat.new("Tinkle")] animals.each do |animal| puts animal.talk end ``` ### 2.9 嵌套类 在 Ruby 中，可在类中定义其他类，称为嵌套类。示例： ```ruby class Drawing class Line end class Ci ```