Rails每周一题(十七): 从Singleton Class看Ruby的对象模型

我们可能了解Ruby的singleton method概念，它指的是一个对象独有的方法。

 

下面举个简单的例子，首先来定义一个类：

 

class ExampleClass
   def foo
       puts 'foot'
   end
end

 

然后创建两个实例，并且给第二个实例增加一个singleton method：

 

example1 = ExampleClass.new
example2 = ExampleClass.new

def example2.bar
  puts 'bar'
end

example2.bar

 

它的输出结果是：

 

"bar"

 

而从下面这个结果我们可以看到，example1并不具有bar这个方法：

 

example1.bar  #=> undefined method 'bar' for ...  (No Method Error)

 

这就是所谓的singleton method。

 

我们还可以通过另外一种方式给example2定义一个singleton method：

 

class << example2
  def bar
      puts 'bar'
  end
end

 

那Ruby是如何实现singleton method的呢？

 

 

当我们为一个特定的对象定义一个方法时，在对象和它的“真正类”之间会插入一个新的匿名类，而这个singleton method会定义在这个类中。所以，当我们调用bar方法时，解释器首先会在这个匿名类中寻找方法的定义，然后才会去“真正的类”ExampleClass那里去寻找。在Ruby里面，把这个匿名类称之为“singleton class ”或者“shadow class”。

 

让我们来看一下这个singleton class到底是什么：

 

puts example2.class

class << example2
  puts self
end

 

输出结果：

 

 

ExampleClass
#<Class:#<ExampleClass:0x28305d>>

 

可以看到，bar方法定义所在的类的的确确并不是ExampleClass，而是一个匿名类。

 

类方法

 

在Ruby中，我们往往可以通过以下几种方式给一个类定义一个类方法：

 

class ClassMethodExample
  def self.foo
    puts 'class foo'
  end

  class << self
    def bar
      puts 'class bar'
    end
  end
end

class << ClassMethodExample
  def baz
    puts 'class baz'
  end
end

def ClassMethodExample.tor
  puts 'class tor'
end

ClassMethodExample.foo
ClassMethodExample.bar
ClassMethodExample.baz
ClassMethodExample.tor

 

输出结果为：

 

"class foo"
"class bar"
"class baz"
"class tor" 

 

看了这种定义方式，是否发现它和给一个对象增加一个singleton method的方式很相似呢？

 

没错，其实他们就是一样的。在Ruby里面，一个类是一个实例，是类Class的一个实例 。那我们就很好理解这两种方式的一致性：给类增加一个类方法，不就是往“类”这个实例中增加一个singleton method么？

 

还是让我们来看看Ruby的对象模型 吧：

 

 

(图1：Ruby的对象模型)

 

上图中绿色代表”普通“类，蓝色代表meta-class。虚线代表类与对象间的关系（instance of），箭头指向的方向为”类的方向“。实线代表继承关系，箭头指向的方向为“父类”方向。

 

上例中的ExampleClass只是上图中所指的“普通类”Class的一个实例，可以通过下面的方法印证：

 

puts ExampleClass.new.class
puts ExampleClass.class

 

输出：

 

"ExampleClass"
"Class"

 

而相对于ExampleClass而言，类Class就是它的meta-class 。

 

所有的”最低级类“都是类Class的实例？没错。实际上，我们需要注意一点：类名是一个常量 。比如当我们调用ExampleClass.new时，我们实际上是向一个Class类的实例发送消息，而类名这个常量指向的就是这个实例。

 

再来看看，ClassMethodExample类中的类方法，实际上就是这个Class类实例的singleton method，它们也存在于这个实例的singleton class中:

 

puts ClassMethodExample.instance_methods.inspect
puts ClassMethodExample.class.instance_methods.inspect

class << ClassMethodExample
  puts self.instance_methods.inspect
end

 

输出结果：

 

"['methods', 'freeze', ...]"
"['new', 'allocate', ...]"
"['bar', 'tor', ...]"

 

完毕。

 

Reference：

 

http://olabini.com/blog/tag/singleton-class/

 

http://www.hokstad.com/ruby-object-model.html

 

http://www.rubycentral.com/book/tut_classes.html