Ruby元编程

Posted 2022-12-10 狼王不乖s

现在关于Ruby元编程可以说比较热门，这个隐藏在Ruby背后的特性随着大家对Ruby的了解逐渐显现出来啦。这篇文章是自己对Ruby MetPrgamming的理解。

元编程中的元是指元信息(Meta)，主要是为其载体提供基本信息，如html页面中就有meta，如content type说明，SEO等。在C++，Java和Ruby语言中，也有元信息概念，如加载到内存中（运行期）的当个对象模型（Class或者Object），都会包含元信息（蓝色）和执行代码（灰色）：

图中蓝色区块表示元信息，C++最少，在C++编译的过程中，编译器仅保留了很少的元信息；Java次之，包含了部分元信息；Ruby在解析过程中保留很多信息，所以元信息最多。当然这里不能说C++设计不合理，C++流行的时候，那个时候内存说不定是640K的，硬盘16M的，如果保留过多的信息，那势必导致程序无法运行，这些设计都是出于性能的考虑。当然Java在后续的版本（Java 9，Java 10？）中可能会添加更多的元信息，都不确定，毕竟语言在发展。

就一个Class来说，这些元信息是什么，如Java，元信息区块包括编译版本号、类名、属性、函数方法名、返回值、参数类型、annotation等等，这个我们可以通过查看Java Class文件得知。对于Ruby来说，元信息则更丰富，如对函数来说，函数的参数名都会保存下来。接下来还有一个关于元信息的是否可以修改的问题，C++和Java中，这些元信息都是只读的，你不能更改。一个例子，我们在做Java Debug的时候，如果我们修改函数内部的逻辑，那么hotspot机制可以重新加载该class，但是你给Java Class添加属性或函数后，hotspot机制会警告你无法进行新的class加载，这个时候我们需要重新启动应用进行debug。当然也不是绝对的，JavaRebel能够在修改Java Class结构后，仍能重新加载，其主要是其修改了Java对象模型，不在这里讨论。但是Ruby就不一样拉，元信息不是封闭的，是可以动态修改的，这样就可以在运行期调整其结构。综合上述的讨论，Ruby的元信息丰富，且可以动态修改，所以我们可以就元信息进行更多的编程，实现某些特殊的功能，而C++和Java在这方面就表现的比较弱一些。

讲述了元信息，那么什么是元编程？就是利用元信息进行编码，也就是你的代码中包含对元信息的访问和修改。网上有对元编程的定义为”Write code to write code”（利用代码去写代码），可能不便于理解，如你编写Maven Plugin或者Velocity模板来生成代码，这些都不是元编程，因为它们压根就没有接触元信息，就是代码生成工具而已。在Java中，如果你的代码访问了元信息(java.lang.reflect下的类），我们就说你使用了反射机制，反射其实就是Java中的元编程，所以这里将代码中涉及元信息的操作定义为元编程。在代码中如何访问元信息？其实很简单，有相关的API，如Java中，java.lang.reflect下的类都是围绕元信息设计的。在Ruby中，和Java一样，有相关的函数，如instance_methods、class_eval, instance_eval, define_method等等，这些函数主要负责访问和修改元信息，网上有很多文章介绍这些函数的，不会很难理解。

为何要进行元编程？我们写代码主要是为了实现业务逻辑，如数据库操作，调用搜索引擎等，而元编程只是在操作元信息，好像和业务逻辑无关，其实不然。我们访问和修改元信息主要目的有两个：简化代码和实现复杂逻辑。简化代码虽然不直接为业务逻辑服务，但是会降低维护成本，如动态函数定义等都是这样的目的；实现复杂逻辑，举一个例子，如Java中，我们利用反射机制来实现AOP，这样一些复杂的功能（事务、监控统计、Cache、权限控制等）就非常容易实现。在Ruby中，使用元编程实现的ActiveRecord让复杂的数据库操作更加简单，利用Ruby元编程可以实现各种DSL，如Sinatra就是HTTP的DSL。

我们进行元编程的主要目的是解决业务逻辑实现中的技术问题，所以元编程时有一定的适用场合，不是说利用元编程实现某种奇淫技巧，造成代码理解困难，增加维护成本，那就不必要啦。元编程也有一些局限性：

1 动态结构更改可能导致某些不可预料的错误，如程序A按照既定的逻辑编程，而B程序使用元编程，更改了相关的元信息，导致逻辑不正确，这些都是有的；

2 元编程属于高级技术，不是一般人能理解，而且不是面向业务的，使用不好反而会增加维护成本；

3 对IDE工具不友好，IDE工具对强类型语言，如Java支持非常好。如果你在Ruby中动态定义一些函数（如使用class_eval），那么IDE将无法完成这些动态定义的函数提示，开发效率也会降低的，不过不少IDE（如RubyMine）已经开始着手解决这些问题。

最后说明一下，元编程并不是某种语言的专利，其实每种语言都包含的这样的特性，只不过支持的程度不一样。Ruby设计的对象模型让元编程更容易实现，而且非常容易实现一些复杂功能，所以这也成了Ruby的特点，这些特点在Rails的代码中体现的尤为明显，甚至到了极致的地步，所以也成就了Rails这款非常优秀的框架。