程序设计与方法学课程论文-Ruby语言面向对象的分析及简单实现.doc

程序设计与方法学课程论文 Ruby语言面向对象的分析及简单实现 学号：2014282110175 姓名： 专业：计算机技术 摘要：本文首先介绍了面向对象编程中的概念和特性，主要分析了近几年比较流行的脚本语言Ruby的一些基本语言原理和特性，并通过实例测试了该语言的面向对象的实现过程，可以使我们能更加了解Ruby的特性及其与其他语言的不同，同时对Ruby的应用有更加直观的体会，有助于提高Ruby程序设计效率。 关键词：程序语言原理，Ruby，面向对象1.介绍 Ruby,是在20世纪90年代由日本人松本行弘开发的，为了简单快捷的面向对象编程而创的脚本语言，在最新一期的TIOBE编程语言排行榜上，Ruby位列第16位。Ruby是一种通用的，解释型的编程语言，具有很强大的开发能力，目前主要的应用在于web应用的开发，基于Ruby的web应用框架Ruby on Rails已经成为了最流行的开发框架之一。 根据作者松本行弘，Ruby的理念是减少编程时候的不必要的琐碎时间，令编写程序的人高兴，其次是良好的界面设计。他强调系统设计必须注重人性化，而不是一味从机器的角度设想。遵循上述的理念，Ruby 语言通常非常直观，按照编程人认为它应该的方式运行。Ruby的主要特点就是完全面向对象，在Ruby语言中，任何东西都是对象，包括其他语言中的基本数据类型，比如整数。变量没有类型，Ruby的变量可以保存任何类型的数据。任何东西都有值，不管是数学或者逻辑表达式还是一个语句，都会有值。Ruby中的运算符只是一种语法机制，为相应运算指明具体的方法调用，而这些运算符也可以重新定义。所有类，不管是预先定义的还是用户自定义的，都可以有子类。同时，由于使用动态类型，Ruby中不需要声明变量。而变量的作用域是通过名称来指定的：名称以字母开头的变量具有局部作用域；名称以开头的变量是实例变量；名称以$开头的变量具有全局作用域。在本文中，我们主要的讨论点是面向对象，面向对象(Object Oriented,OO)是软件开发方法。面向对象的概念和应用已超越了程序设计和软件开发，扩展到如数据库系统、交互式界面、应用结构、应用平台、分布式系统、网络管理结构、CAD技术、人工智能等领域。2.面向对象介绍 2.1概念对象是人们要进行研究的任何事物，从最简单的整数到复杂的飞机等均可看作对象，它不仅能表示具体的事物，还能表示抽象的规则、计划或事件。对象的状态和行为，对象具有状态，一个对象用数据值来描述它的状态，对象还有操作，用于改变对象的状态，对象及其操作就是对象的行为，对象实现了数据和操作的结合，使数据和操作封装于对象的统一体中类，具有相同特性（数据元素）和行为（功能）的对象的抽象就是类。因此，对象的抽象是类，类的具体化就是对象，也可以说类的实例是对象，类实际上就是一种数据类型。类具有属性，它是对象的状态的抽象，用数据结构来描述类的属性。类具有操作，它是对象的行为的抽象，用操作名和实现该操作的方法来描述。类的结构，在客观世界中有若干类，这些类之间有一定的结构关系。通常有两种主要的结构关系，即一般-具体结构关系，整体-部分结构关系。一般-具体结构称为分类结构，也可以说是“或”关系，或者是“is a”关系。整体-部分结构称为组装结构，它们之间的关系是一种“与”关系，或者是“has a”关系。消息和方法，对象之间进行通信的结构叫做消息。在对象的操作中，当一个消息发送给某个对象时，消息包含接收对象去执行某种操作的信息。发送一条消息至少要包括说明接受消息的对象名、发送给该对象的消息名（即对象名、方法名）。一般还要对参数加以说明，参数可以是认识该消息的对象所知道的变量名，或者是所有对象都知道的全局变量名。类中操作的实现过程叫做方法，一个方法有方法名、返回值、参数、方法体。2.2特征对象唯一性，每个对象都有自身唯一的标识，通过这种标识，可找到相应的对象。在对象的整个生命期中，它的标识都不改变，不同的对象不能有相同的标识。抽象性，抽象性是指将具有一致的数据结构（属性）和行为（操作）的对象抽象成类，一个类就是这样一种抽象，它反映了与应用有关的重要性质，而忽略其他一些无关内容。任何类的划分都是主观的，但必须与具体的应用有关。继承性，继承性是子类自动共享父类数据结构和方法的机制，这是类之间的一种关系，在定义和实现一个类的时候，可以在一个已经存在的类的基础之上来进行，把这个已经存在的类所定义的内容作为自己的内容，并加入若干新的内容，继承性是面向对象程序设计语言不同于其它语言的最重要的特点，是其他语言所没有的。在类层次中，子类只继承一个父类的数据结构和方法，则称为单重继承，子类继承了多个父类的数据结构和方法，则称为多重继承。而在在软件开发中，类的继承性使所建立的软件具有开放性、可扩充性，这是信息组织与分类的行之有效的方法，它简化了对象、类的创建工作量，增加了代码的可重用性，采用继承性，提供了类的规范的等级结构。通过类的继承关系，使公共的特性能够共享，提高了软件的重用性。多态性是指相同的操作或函数、过程可作用于多种类型的对象上并获得不同的结果。不同的对象，收到同一消息可以产生不同的结果，多态性允许每个对象以适合自身的方式去响应共同的消息，同时也增强了软件的灵活性和重用性。3.面向对象在Ruby中的分析在Ruby中，对面向对象的支持包括：Ruby类定义C+和Java等语言不同，因为它们是可执行的。这允许它们在执行期间保持开放性。程序可以在类中任意多次的添加类成员。在执行期间，类的现有定义就是已经执行的类的所有定义的联合。方法定义也是可执行，这允许程序在执行期间，通过把两个方法定义放入选择结构的then和else子句来选择一个方法定义。Ruby里所有的变量都是对象的引用，而且都是无类型的。所有实例变量名都已符号开头。Ruby与其他常用编程语言的的明显区别是，Ruby的访问控制在访问数据和访问方法上不同。所有实例数据都默认为私有访问，且不能改变。如果需要对实例变量进行外部访问，就必须定义访问方法。例如下面的类定义框架：Class MyClass# A constructor Def initialize one = 1 two = 2 End# A getter for one Def one one End# A setter for one Def one=(my_one) one = my_one End End # of class MyClass 与设置方法名相连的等号（=）表明他的变量是可复制的。因此，所有设置方法名都有相连的等号。One获取方法体说明了用Ruby设计的方法没有返回语句时，就返回已求值的最后一个表示式的值。本例是返回one的值。由于需要经常使用获取和设置方法，Ruby提供了它们的快捷方法。例如类有两个实例变量的获取方法one和two，那么这些获取方法就可以在类中用一个语句指定：Attr_reader :one, :twoAttr_reader实际上是用:one和:two作为实参的函数调用。在变量前加冒号（：）表示要使用变量名，而不是取消其引用对象的引用。用类似方式创建设置方法的函数称为attr_writer。这个函数与attr_reader具有相同的参数列表。创建获取方法和设置方法的函数都指定了名称，因为它们提供了类对象的协议，这称为属性。类的属性定义了类对象的数据接口。Ruby对象用new创建，new隐式调用了构造函数。Ruby类中的常用构造函数命名为initialize。子类的构造函数可以初始化定义了设置方法的父类数据成员。这一过程是通过调用super，并以初始值作为实参来实现的。Super会调用父类的方法，这个方法与调用super时使用的方法同名。类变量通过在名称前加两个符号（）来指定，他们对类和其实例是私有化的。这种私有性不能改变。另外，与全局变量和实例变量不同，类变量必须在使用前初始化。继承：在Ruby中定义子类采用小于号（），例如：Class MySubClass BaseClassRuby的方法访问控制有一个显著的不同，那就是只能调用访问控制函数，就能在子类中改变它们。这意味着可以定义基类的两个子类，使一个子类的对象可以访问基类定义的方法，但是另一个子类的对象不能。这也允许改变基类中公有方法对子类私有方法的访问，这种子类明显不能是子类型。Ruby模块提供了一种命名封装，它常常用于定义函数库。在类中访问模块include语句来指定。例如：Include Math包含模块的效果是类获得指向模块的指针，并有效地继承定义在模块中的函数。实际上，类包含模块时，模块就变成了类的一个代理超类。这样的模块称为混合类型（minin)。动态绑定：变量不能类型化，但它们是对任何类对象的引用。因此，所有变量是多态的，并且所有多方法调用的绑定都是动态的。4.面向对象在Ruby中的实现 接下来我们在Ruby的交互界面irb上进行Ruby面向对象各个实例的分析。4.1 Ruby 类定义 当我们定义了一个类时，实际是定义了一个数据类型的蓝图。这实际上并没有定义任何的数据，而是定义了类的名称意味着什么，也就是说，定义了类的对象将由什么组成，以及在该对象上能执行什么操作。类定义以关键字class开始，后跟类名称，最后以一个end进行分隔表示终止该类定义。例如，我们使用关键字 class 来定义 Box 类，如下所示：4.2定义 Ruby 对象 类提供了对象的蓝图，所以基本上，对象是根据类进行创建的。我们使用new关键字声明类的对象。下面的语句声明了类 Box 的两个对象：4.3 initialize 方法 initialize方法是一个标准的 Ruby 类方法，与其他面向对象编程语言中的constructor工作原理类似。当我们想要在创建对象的同时初始化一些类变量，initialize 方法就派上用场了。该方法带有一系列参数，与其他 Ruby 方法一样，使用该方法时，必须在前面放置def关键字，如下所示：4.4实例变量 实例变量是类属性，它们在使用类创建对象时就变成对象的属性。每个对象的属性是单独赋值的，和其他对象之间不共享值。在类的内部，是使用 运算符访问这些属性，在类的外部，则是使用称为访问器方法的公共方法进行访问。下面我们以上面定义的类Box为实例，把 width 和 height 作为类 Box 的实例变量。4.5 访问器 & 设置器 方法 为了在类的外部使用变量，我们必须在访问器方法内部定义这些变量，这些访问器方法也被称为获取器方法。下面的实例演示了访问器方法的用法：4.6实例方法 实例方法的定义与其他方法的定义一样，都是使用def关键字，但它们只能通过类实例来使用，如下面实例所示。它们的功能不限于访问实例变量，也能按照我们的需求做更多其他的任务。4.7类方法 & 类变量 类变量是在类的所有实例中共享的变量。换句话说，类变量的实例可以被所有的对象实例访问。类变量以两个 字符（）作为前缀，类变量必须在类定义中被初始化，如下面实例所示。类方法使用def self.methodname()定义，类方法以 end 分隔符结尾。类方法可使用带有类名称的classname.methodname形式调用，如下面实例所示：4.8 to_s 方法我们定义的任何类都有一个to_s实例方法来返回对象的字符串表示形式。下面是一个简单的实例，根据 width 和 height 表示 Box 对象：4.9 访问控制 Ruby 提供了三个级别的实例方法保护，分别是public、private 或 protected。Ruby 不在实例和类变量上应用任何访问控制。 Public 方法：Public 方法可被任意对象调用。默认情况下，方法都是 public 的，除了 initialize 方法总是 private 的。 Private 方法：Private 方法不能从类外部访问或查看。只有类方法可以访问私有成员。 Protected 方法：Protected 方法只能被类及其子类的对象调用。访问也只能在类及其子类内部进行。 下面是一个简单的实例，演示了这三种修饰符的语法：当上面的代码执行时，它会产生以下结果。在这里，第一种方法调用成功，但是第二方法会产生一个问题。4.10类的继承 继承，是面向对象编程中最重要的概念之一。继承允许我们根据另一个类定义一个类，这样使得创建和维护应用程序变得更加容易。 继承有助于重用代码和快速执行，不幸的是，Ruby 不支持多继承，但是 Ruby 支持mixins。mixin 就像是多继承的一个特定实现，在多继承中，只有接口部分是可继承的。 当创建类时，程序员可以直接指定新类继承自某个已有类的成员，这样就不用从头编写新的数据成员和成员函数。这个已有类被称为基类或父类，新类被称为派生类或子类。 Ruby 也提供了子类化的概念，子类化即继承，下面的实例解释了这个概念。扩展一个类的语法非常简单。只要添加一个 字符和父类的名称到类语句中即可。例如，下面定义了类BigBox是Box的子类：4.12 方法重载 虽然我们可以在派生类中添加新的功能，但有时可能想要改变已经在父类中定义的方法的行为。这时可以保持方法名称不变，重载方法的功能即可，如下面实例所示：4.13 运算符重载 我们希望使用 + 运算符执行两个 Box 对象的向量加法，使用 * 运算符来把 Box 的 width 和 height 相乘，使用一元运算符 - 对 Box 的 width 和 height 求反。下面是一个带有数学运算符定义的 Box 类版本：4.14 冻结对象 有时候，我们想要防止对象被改变。在 Object 中，freeze 方法可实现这点，它能有效地把一个对象变成一个常量。任何对象都可以通过调用Object.freeze进行冻结。冻结对象不能被修改。可以使用Object.frozen?方法检查一个给定的对象是否已经被冻结。如果对象已被冻结，该方法将返回 true，否则返回一个 false 值。下面的实例解释了这个概念：4.15 类常量 可以在类的内部定义一个常量，通过把一个直接的数值或字符串值赋给一个变量来定义的，常量的定义不需要使用 或 。按照惯例，常量的名称使用大写。一旦常量被定义，我们就不能改变它的值，可以在类的内部直接访问常量，就像是访问变量一样，但是如果想要在类的外部访问常量，那么我们就必须使用classname:constant，如下面实例所示。4.16 使用 allocate 创建对象 可能有一种情况，当我们想