[转帖]在Ruby中对字符串和block求解

在Ruby中对字符串和block求解
作者：Jay Fields 原文： http://tech.it168.com/d/2007-09-07/200709071737579.shtml

介绍
    对包含代码的字符串和block求解，是我最钟爱的Ruby特性之一。Ruby提供了多种不同类型的求解方式；不过我最常用的是下面这些：eval、instance_eval和class_eval。

Module.class_eval
    使用Module类的class_eval（及其别名module_eval）方法，可以在一个类的定义或者module定义的上下文中对给定字符串或block进行求解。我们常常用class_eval来向类的定义中加入方法，或是包含其他的module。

require "erb"
klass = Class.new
  klass.class_eval do
    include ERB::Util
    def encoded_hello
    html_escape "Hello World"
  end
end
puts klass.new.encoded_hello #=> Hello World

   不使用class_eval也可以达到上面的效果，但是要牺牲代码的可读性。

require "erb"
klass = Class.new
  klass.send :include, ERB::Util
  klass.send :define_method, :encoded_hello do
    html_escape "Hello World"
  end
klass.send :public, :encoded_hello
puts klass.new.encoded_hello #=> Hello World

Object.instance_eval
    使用Object的instance_eval方法，可以在一个类实例的上下文中对给定字符串或block进行求解。这是个功能强大的概念：你可以先在任何上下文中创建一块代码，然后在一个单独的对象实例的上下文中对这块代码进行求解。为了设定代码执行的上下文，self变量要设置为执行代码时所在的对象实例，以使得代码可以访问对象实例的变量。

class Navigator
  def initialize
    @page_index = 0
  end
  def next
    @page_index += 1
  end
end
navigator = Navigator.new
navigator.next
navigator.next
puts navigator.instance_eval "@page_index" #=> 2
puts navigator.instance_eval { @page_index } #=> 2

与使用class_eval的示例类似，实例变量的值可以通过其他的方式获取，不过使用instance_eval是一种非常直观的做法。

Kernel.eval
    使用Kernel的eval方法可以在当前上下文中对一个字符串求解。可以选择为eval方法制定一个binding对象。如果给定了一个binding对象，求解的过程会在binding对象的上下文中执行。

hello = "hello world"
puts eval("hello") #=> "hello world"
proc = lambda { hello = "goodbye world"; binding }
eval("hello", proc.call) #=> "goodbye world"

扩展eval的上下文
    第一次使用eval，我用它来创建了attr_init这个类方法。当时我发现我总是在重复下面代码中的模式：

def some_attribute
  @some_attribute || = SomeClass.new
end

因此我决定创建一个类方法来封装上面的行为：

class << Object
  def attr_init(name, klass)
  define_method(name) { eval "@#{name} ||= #{klass}.new" }
end
end

    记得当时我觉得这样调用eval是非常丑陋的做法，但那会儿我想不出更好的方式来实现这样的效果；因此我把代码贴到了博客中，等待别人的指摘；他们很快就做出了回应，并给出下面的做法。一开始我并没有觉察这样做的好处，但是后来我意识到这个解法是非常出色的：它只需要调用一次eval方法，而不是在每次进行方法定义时都去重新调用eval。

class << Object
  def attr_init(name, klass)
    eval "define_method(name) { @#{name} ||= #{klass}.new }"
  end
end

    这样优化的有趣之处在于：它需要求解更多的内容, 以达到提升运行效率的目的。从那时开始，我只在必要的时候才使用eval，而且我非常注意如何以更有效率的方式来使用eval。

在不同上下文中使用instance_eval
    在不同上下文中，对block或是以字符串形式出现的代码进行求解是很有价值的一种做法，也是设计领域特定语言（Domain Specific Language，DSL）时很常用的一种技术。实际上，在多种上下文环境中进行求解的能力是使用DSL的一个关键因素。请看下面的代码：

class SqlGenerator
  class << self
    def evaluate(&script)
      self.new.instance_eval(&script)
    end
  end
  def multiply(arg)
    "select #{arg}"
  end
  def two(arg=nil)
    "2#{arg}"
  end
  def times(arg)
    " * #{arg}"
  end
end

使用上面的代码，调用SqlGenerator.evaluate方法并给定一个block参数，便可以生成一条SQL语句：

SqlGenerator.evaluate { multiply two times two }
=> "select 2 * 2"

然而，你还可以在一个calculator类的上下文中执行同样的代码来获得结果：

class Calculator
  class << self
    def evaluate(&script)
      self.new.instance_eval(&script)
    end
  end

  def multiply(arg)
    eval arg
  end

  def two(arg=nil)
    "2#{arg}"
  end

  def times(arg)
    " * #{arg}"
  end
end

执行结果：

Calculator.evaluate { multiply two times two }
=> 4

    上述代码展示了如何使用instance_eval来指出block执行的作用范围。我在前面提到过，instance_eval方法在接受者的上下文中对字符串或block展开求解。例子中的接收者是SqlGenerator的一个实例和Calculator的一个实例。同时要保证使用self.new.instance_eval这样的方式来调用。如果不调用self的new方法，会将block作为类的一部分进行求解，而不是在类的实例中完成。

    上述代码同样展示了开始定义DSL所需的一些步骤。创建DSL是很有挑战性的工作，但同时会带来很多好处。通过DSL来表达业务规则，所带来的好处是可以在多种上下文中执行这些业务规则。如上述示例所展示的，通过在不同上下文中执行DSL，可以从同一个业务规则产生多种不同的行为。当业务规则随着时间推移而改变时，系统中所有引用该业务规则的构成部分都会随之发生变化。而对Ruby求解方法的利用，就是成功实现这种效果的关键。

关于DU场中扑克牌桌的示例

Ruby提供的不同的求解方法，让我们可以很方便的在不同上下文中执行代码。举例来说，假设你为一个DU场工作，分派给你的任务是设计一个系统。当需要开一张新的扑克牌桌，或是需要知道等多久才能开新牌桌时，这个系统负责通知扑克牌室的工作人员。新开牌桌的业务规则，根据牌桌上的DU注大小和等待列表中的人数多少而不同。例如，对于一个DU注不封顶的牌局来说，牌桌边等待的人数多一些也无妨，因为人们更有可能在一手牌中输光他们所有的钱；如果贸然开新的牌桌，由于没有足够的玩家，该牌桌可能很快就要关闭。规则在DSL中可能以下面的方式表示：

引用

if the '$5-$10 Limit' list is more than 12 then notify the floor to open
if the $1-$2 No Limit' list is more than 15 then notify the floor to open
if the '$5-$10 Limit' list is more than 8 then notify the brush to announce
if the '$1-$2 No Limit' list is more than 10 then notify the brush to announce

第一个执行DSL的上下文被用来通知DU场雇员。代码如下：

class ContextOne < DslContext
  bubble :than, :is, :list, :the, :to

  def more(value)
    '> ' + value.to_s
  end

  def method_missing(sym, *args)
    @stakes = sym
    eval "List.size_for(sym) #{args.first}"
  end

  def floor(value)
    __position(value, :floor)
  end

  def brush(value)
    __position(value, :brush)
  end

  def open
    __action(:open)
  end

  def announce
    __action(:announce)
  end

  def __action(to)
    {:action => to}
  end

  def __position(value, title)
    value[:position] = title
    value
  end

  def notify(value)
    [@stakes, value]
  end
end

ContextOne通过下面的代码执行。

script = <<-eos
if the '$5-$10 Limit' list is more than 12 then notify the floor to open
if the '$1-$2 No Limit' list is more than 15 then notify the floor to open
if the '$5-$10 Limit' list is more than 8 then notify the brush to announce
if the '$1-$2 No Limit' list is more than 10 then notify the brush to announce 
eos

class Broadcast
  def self.notify(stakes, options)
    puts DslContext.sym_to_stakes(stakes)
    options.each_pair do |name, value|
      puts "  #{name} #{value}"
    end
  end
end
ContextOne.execute(script) do |notification|
  Broadcast.notify(*notification)
end

ContextOne继承自DslContext。DslContext的定义如下。

class DslContext
  def self.execute(text)
    rules = polish_text(text)
    rules.each do |rule|
      result = self.new.instance_eval(rule)
      yield result if block_given?
    end
  end

  def self.bubble(*methods)
    methods.each do |method|
      define_method(method) { |args| args }
    end
  end

  def self.polish_text(text)
    rules = text.split("\n")
    rules.collect do |rule|
      rule.gsub!(/'.+'/, extract_stakes(rule))
      rule << " end"
    end
  end

  def self.extract_stakes(rule)
    stakes = rule.scan(/'.+'/).first
    stakes.delete!("'").gsub!(%q{$}, 'dollar').gsub!('-', 'dash').gsub!(' ', 'space')
  end

  def self.sym_to_stakes(sym)
    sym.to_s.gsub!('dollar', %q{$}).gsub!('dash', '-').gsub!('space', ' ')
  end
end

ContextOne的method_missing方法中使用了List类，List类代码如下。

class List
  def self.size_for(stakes)
  20
end
end

ContextOne使用DSL检查每张牌桌的List大小，并在必要的时候发送通知。当然，这只是演示代码，List对象也只不过是stub，以验证ContextOne和DslContext所有的功能都没有问题。这里要重点注意：方法的执行被委托给了instance_eval，这样才能在ContextOne的上下文中对代码进行求解。

    同样的脚本，可以在第二个上下文中执行；这个上下文返回当前正在散播的不同类型的DU*博游戏。

class ContextTwo < DslContext bubble :than, :is, :list, :the, :to, :more, :notify, :floor, :open, :brush
  def announce
    @stakes
  end

  alias open announce

  def method_missing(sym, *args)
    @stakes = sym
  end
end

正像我们看到的，添加新的上下文是非常方便的。由于DslContext的execute方法调用instance_eval方法，上面的代码可以如下的方式执行。

ContextTwo.execute(script) do |stakes|
  puts ContextTwo.sym_to_stakes(stakes)
end

为了使我们的示例更加完整，我们创建另外一个例子，显示所有接收通知的位置。

class ContextThree < DslContext bubble :than, :is, :list, :the, :to, :more, :notify, :announce, :open, :open
  def announce;
  end

  def open;
  end

  def brush(value)
    :brush
  end

  def floor(value)
    :floor
  end

  def method_missing(sym, *args)
    true
  end
end

同样的，这个上下文也继承自使用了instance_eval的DslContext，因此，只要运行下面的代码来执行即可。

ContextThree.execute(script) do |positions|
  puts positions
end

    在多个上下文中对DSL进行求解的能力，模糊了代码和数据之间的界线。可以对脚本‘代码’进行求解来生成报表（比如关于系统中已联系雇员的报表）。在展示需要多久才会新开扑克牌桌这样的上下文中，也可以对脚本进行求解（比如，业务规则说明需要15个人才能新开一张牌桌，系统知道在等待列表中有10个人，因此显示“5 more people needed before the game can start”）。使用instance_eval，我们可以在系统需要的任何上下文中，对同样的代码进行求解。

同样具有魔法的eval

    上述代码展示的是：如何在不同的作用范围中，使用instance_eval对block进行求解。不过，eval方法同样可以在不同的上下文中进行求解操作。下面我来展示如何在block的作用范围中对ruby代码构成的字符串进行求解。

    先让我们从一个简单的例子开始，不过让我们先回顾一下如何根据block的binding使用eval。我们需要一个能够帮我们创建block的类。

class ProcFactory
  def create
    Proc.new {}
  end
end

在示例中，ProcFactory类有一个方法：create；它的功能只是简单地创建并返回了一个proc对象。尽管这看起来似乎没什么特别之处，但我们可以在proc对象的作用范围中，使用它对任何包含ruby代码的字符串进行求解。这样，我们不需要直接引用某个对象，便可以在这个对象的上下文中求解ruby代码。

proc = ProcFactory.new.create
eval "self.class", proc.binding    #=> ProcFactory

什么时候会用到这样的功能呢？我最近在开发表示SQL的DSL时用到了它。我开始使用类似下面代码的语法：

Select[:column1, :column2].from[:table1, :table2].where do
  equal table1.id, table2.table1_id
end

上述代码被求解时，跟在from后面的[]实例方法将所有的表名保存在一个数组中。接下来，当执行where方法时，传递给where的block会执行。此时，method_missing方法会被调用两次，第一次针对:table1，第二次针对:table2。在method_missing的调用中，对之前提到过的、用[]方法创建的表名数组进行检查，以查看标识符参数（:table1和:table2）是否为合法的表名。如果表名在数组中，我们返回一个知道如何应对字段名称的对象；如果表名非法，我们会调用super并抛出NameError。

    应对一般的简单查询，上面的做法不存在问题；但如果涉及到子查询的话，就另当别论了。前述实现对下面示例中的代码是无效的。

Delete.from[:table1].where do
  exists(Select[:column2].from[:table2].where do
    equal table1.column1, table2.column2
  end
end

不过我们可以使用eval与指定的binding一起，让上面的代码正常工作。此处的技巧是：将表名数组从外部的block隐式地传递到内部的block中。用显式方式传递会让DSL看起来很丑陋。

    在Select类的where方法中，我们使用block的binding对象来得到Delete实例的tables集合。我们能够这样做，在于Delete实例的where方法被作为上下文（亦即block的binding）传递给了select实例的where方法。binding对象（或上下文）是block被创建时的作用范围。下面的代码是对where方法的完整实现。

def where(&block)
  @text += " where "
  tables.concat(eval("respond_to?(:tables) ? tables : []",   block.binding)).inspect
  instance_eval &block
end

我们把eval所在的语句拆开看看它都干了什么。它做的第一件事情是：

eval "respond_to?(:tables) ? tables : []", block.binding

它的作用是“在block的作用范围中对语句进行求解”。在当前例子中，block的作用范围是：

Delete.from[:table1].where do .. end 

这个范围是一个Delete类的实例，Delete类中确实有tables方法，其作用是暴露表名数组（tables#=>[:table1]）。因此，语句被求解后会返回表名数组。剩余的语句就可以看作：

tables.concat([:table1]) 

此句只是将所有的表名加入到tables数组中，并且可以被内部的block访问。有了这一行代码的处理，我们就可以让子查询产生正确的结果了。

引用

delete from table1 where exists (select column2 from table2 where table1.column1 = table2.column2)

下面的代码可以产生上述结果，并且能够作为参考，以了解如何与binding一起使用eval。

class Delete
  def self.from
    Delete.new
  end

  def [](*args)
    @text = "delete from "
    @text += args.join ","
    @tables = args
    self
  end

  attr_reader :tables

  def where(&block)
    @text += " where "
    instance_eval &block
  end

  def exists(statement)
    @text += "exists "
    @text += statement
  end
end
class Select
  def self.[](*args)
    self.new(*args)
  end

  def initialize(*columns)
    @text = "select "
    @text += columns.join ","
  end

  def from
    @text += " from "
    self
  end

  def [](*args)
    @text += args.join ","
    @tables = args
    self
  end

  def tables
    @tables
  end

  def where(&block)
    @text += " where "
    tables.concat(eval("respond_to?(:tables) ? tables : []", block.binding)).inspect
    instance_eval &block
  end

  def method_missing(sym, *args)
    super unless @tables.include? sym
    klass = Class.new
    klass.class_eval do
      def initialize(table)
        @table = table
      end

      def method_missing(sym, *args)
        @table.to_s + "." + sym.to_s
      end
    end
    klass.new(sym)
  end

  def equal(*args)
    @text += args.join "="
  end
end

结语
    正如我们所看到的那样，使用Ruby提供的多种求解方法，我们可以创建简练、可读的代码；这些求解方法同时提供了创建诸如领域特定语言之类强大工具的能力。

关于作者
Jay Fields是ThoughtWorks的一位开发人员。他总是在寻找令人兴奋的新技术，并愿意马上采用这些技术。他最近一段时间的工作中心放在领域特定语言（DSL）上面，所交付的应用为特定业务领域专家使用DSL撰写应用业务规则提供了强大的支持。