程式扎記: [ Ruby Gossip ] Basic : 類別

2014年11月12日星期三

[ Ruby Gossip ] Basic : 類別 - 抽象類別與介面

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Preface
定義類別，本身就是在進行抽象化，如果一個類別定義時不完整，有些狀態或行為必須留待子類別來具體實現，則它是個抽象類別（Abstract Class）。例如，在定義銀行帳戶時，你也許想將一些帳戶的共同狀態與行為定義在父類別中:

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class Account  
    def withdraw(amt)  
        if amt >= @balance  
            @balance -= amt  
        else  
            raise RuntimeError, "餘額不足"  
        end  
    end  
      
    def to_s  
        "  
        id\t\t#{id}  
        name\t\t#{name}  
        balance\t\t#{balance}  
        "          
    end  
end  

顯然地，這個類別的定義不完整，id、name、balance 沒有定義，嘗試使用這個類別進行操作時，就會發生直譯錯誤:

你可以繼承這個類別來實作未完整的定義:

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# encoding: utf-8  
require "Account"  
  
class CheckingAccount < Account  
    attr_reader :id, :name, :balance  
    def initialize(id, name)  
        @id = id  
        @name = name  
        @balance = 0  
        @overdraftlimit = 30000  
    end  
  
    def withdraw(amt)  
        if amt <= @balance + @overdraftlimit  
            @balance -= amt  
        else  
            raise RuntimeError, "超出信用額度"  
        end  
    end  
  
    def to_s  
        super +  # 呼叫父類別 to_s 方法  
        "Over limit\t#{@overdraftlimit}  
        "  
    end  
end  

接著你可以如下使用:

現在的問題是，實際上開發人員還是不小心會用 Account.new 實例化，也許你可以修改一下 Account 的定義:

view plaincopy to clipboardprint?
class Account  
    def initialize  
        raise RuntimeError, "不能實例化抽象類別"  
    end  
end  

如此，嘗試使用 Account.new 實例化後，在初始化方法中就會引發錯誤:

像 Ruby 這類的動態語言，沒有 Java 的 abstract 或 interface 這種機制來規範一個類別所需實作的介面，遵循物件之間的協定基本上是開發人員的自我約束（當然，還得有適當的說明文件）。如果你非得有個方式，強制實現某個公開協定，那該怎麼作？像上面一樣，藉由直譯錯誤是一種方式，實際上視你的需求而定（是否可實例化、子類別是否定義初始化方法等），還有許多模擬的方式。

舉個例子來說，你想要設計一個猜數字遊戲，猜數字遊戲的流程大致就是:

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顯示訊息（歡迎）  
隨 機產生數字  
遊戲迴圈  
    顯示訊息（提示使用者輸入）  
    取得使用者輸入  
    比較是否猜中  
    顯示訊息（輸入正確與否）  

在描述流程輸廓時，並沒有提及如何顯示訊息、沒有提及如何取得使用者輸入等具體的作法，只是歸納出一些共同的流程步驟：

view plaincopy to clipboardprint?
# encoding: utf-8  
class GuessGame  
    ABSTRACT_METHODS = %w[message guess]  
  
    def self.inherited(subclz)  
        class << subclz  
            alias original_new new  
            def new  
                ABSTRACT_METHODS.each { |mth|  
                    unless self.instance_methods.include? mth.to_sym  
                        raise RuntimeError, "抽象方法 #{mth} 尚未實作"  
                    end  
                }  
                original_new  
            end  
        end  
    end  
  
    def initialize  
        raise RuntimeError, "不能實例化抽象類別"  
    end  
  
    def go  
        message @welcome  
        number = (rand * 10).to_i  
        loop do  
            gnumber = guess  
            case gnumber <=> number  
            when 1  
                message @bigger  
            when -1  
                message @smaller  
            when 0  
                break  
            end  
        end  
        message @correct  
    end  
end  

現在 GuessGame 是個抽象類別，如果你嘗試實例化 GuessGame 則會引發錯誤!

如果有子類別繼承自 GuessGame，在執行子類別定義前，類別方法 inherited 就會被執行，並傳入子類別，此時重新定義子類別的 new 方法，檢查子類別的實例方法定義中，是否包括ABSTRACT_METHODS 指定的方法，如果沒有，就引發例外，如此可讓開發人員知道，尚有抽象方法沒有實作。為了可以執行原本建構與初始物件的流程，使用 alias 關鍵字，將原本子類別的 new 取了個別名 original_new，在檢查子類別確實有實作指定的方法後，執行 original_new。

如果是個文字模式下的猜數字遊戲，可以將顯示訊息、取得使用者輸入等以文字模式下的具體作法實現出來。例如:

view plaincopy to clipboardprint?
# encoding: utf-8  
require "GuessGame"  
  
class ConsoleGame < GuessGame  
    def initialize  
        @welcome = "歡迎\n"  
        @prompt = "輸入數字："  
        @correct = "猜中了\n"  
        @bigger = "你猜的比較大\n"  
        @smaller = "你猜的比較小\n"  
    end  
  
    def message(msg)  
        print msg  
    end  
  
    def guess  
        message @prompt  
        gets.to_i  
    end  
end  
  
game = ConsoleGame.new  
game.go  

如果子類別忘了實作某個方法，則該子類別仍被視為一個抽象類別，如果嘗試實例化抽象類別就會引發錯誤。

類似地，將來還會介紹到模組，如果你也想要模擬 Java 中 interface 的作用，則可以定義一個模組並在類別中 include：

view plaincopy to clipboardprint?
# encoding: Big5  
module Flyer         # 模擬 Java 中的 interface  
    ABSTRACT_METHODS = %w[fly]  
    def self.included(clz)  
        class << clz  
            alias original_new new  
            def new  
                ABSTRACT_METHODS.each { |mth|  
                    unless self.instance_methods.include? mth.to_sym  
                        raise RuntimeError, "抽象方法 #{mth} 尚未實作"   
                    end  
                }  
                original_new  
            end  
        end  
    end  
end  
  
class Bird; end  
  
class Sparrow < Bird  # 繼承 Bird  
    include Flyer     # 模擬 Java 中實作Flyer  
    def fly  
        puts "麻雀飛"  
    end  
end  
  
s = Sparrow.new  
s.fly  

如果有類別 include 了 Flyer，在執行類別定義前，模組方法 included 就會被執行並傳入類別。

Supplement
* About.com - Ruby aliasing

To alias a method or variable name in Ruby is to create a second name for the method or variable. Aliasing can be used either to provide more expressive options to the programmer using the class, or to help override methods and change the behavior of the class or object. Ruby provides this functionality with the alias and alias_method keywords...

* Blog - alias vs alias_method

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