Ruby -- один из самых молодых языков программирования. Его создатель Юкихиро Мацумото (Yukihiro Matsumoto, также известный под псевдонимом Matz), профессиональный японский программист, рассказывает: <<Я начал разработку Ruby 24 февраля 1993 года. Первая hello world программа на Ruby заработала летом того же года, а aльфа-версия была готова к декабрю 1994.>> Название языка происходит от имени драгоценного камня рубина (по аналогии с другим широко распространенным языком программирования Perl: pearl -- жемчуг).
Вот как характеризует Ruby его автор: <<Это мощный и динамический объектно-ориентированный язык с открытыми исходниками. Ruby работает на многих платформах, включая Linux и другие реализации Unix, MS-DOS, Windows 9x/2000/NT, BeOS и MacOS. Главная цель Ruby -- эффективность разработки программ, и пользователи найдут, что программирование на нем эффективно и даже забавно>> [1].
В Японии Ruby стал популярным с момента появления первой общедоступной версии в 1995 году, однако наличие документации только на японском языке сдерживало его дальнейшее распространение. Лишь в 1997 году появилось описание Ruby на английском языке, а в 1998 году открылся форум ruby-talk. С этого момента Ruby начал свое шествие по всему миру. За последний год появились три англоязычные книги, посвященные ему (см. [2-5]), хотя на русский язык, к сожалению, ни одна из них еще не переведена. Сейчас Ruby входит в большинство дистрибутивов ОС Linux, доступен он и пользователям других операционных систем.
Заметим, что данная статья не является справочным руководством по языку. С кратким введением можно познакомиться в электронном учебнике [6], а более полная информация может быть найдена в [7] и [8], а также на уже упомянутых выше сайтах сети интернет. Основная цель статьи -- дать людям, уже знакомым с различными языками программирования, общее представление об особенностях Ruby, показать его мощь и красоту, объяснить, что он одинаково хорош и как первый язык программирования, и как средство для работы профессионального программиста и системного администратора.
Программисты говорят о Ruby
В этом разделе мы изложим собранные из различных источников высказывания о языке Ruby, отложив на некоторое время рассмотрение примеров, иллюстрирующих их. Большая часть вопросов, которые будут затронуты, предполагает наличие определенных знаний у читателя в области теории языков и объектно-ориентированного программирования. Легче всего понять Ruby тем, кто знает Smalltalk, Lisp, C, C++ и Perl. <<Джентльменский>> набор из Perl, Java и C++ тоже является весьма хорошей стартовой позицией для изучения Ruby.
Тем же, кто не может похвастаться подобными знаниями, весьма приятно будет узнать, что
* <<если для изучения языка Perl Вам нужно потратить, скажем, три недели, то Python Вы изучите за неделю, а Ruby -- за один день!>>
* <<Ruby отличается чрезвычайной предсказуемостью (``Princple of Least Surprise) -- ни на одном другом языке невозможно написать достаточно большую программу и увидеть, что она работает с первой попытки>>.
Во введении мы уже цитировали Юкихиро Мацумото -- создателя Ruby. Вот что еще он сам говорит об этом языке. Итак, Ruby
* имеет простой синтаксис;
* поддерживает обработку исключений;
* позволяет переопределять операторы;
* является чисто объектно-ориентированным языком (complete, full, pure object oriented language), в котором, в отличие от Java или Perl, все -- объекты;
* позволяет работать с целыми числами произвольной величины;
* не требует объявления переменных;
* использует префиксы (@, $, @@) для задания области видимости (scope) переменных;
* поддерживает многопоточное программирование.
Одной из первых работ, привлекших внимание к Ruby, была уже несколько устаревшая статья Хала Фултона (Hal Fulton) <<Тридцать семь причин, по которым мне нравится Ruby>>. Вот некоторые из них.
Ruby является динамическим языком. В отличие от статических языков, подобных C++ или Java, методы и переменные в Ruby могут быть добавлены или переопределены во время выполнения программы. Это позволяет, например, обойтись без директив условной компиляции #ifdef, необходимых для языка C. Здесь проявляется сходство Ruby с такими языками, как Lisp и Smalltalk.
Ruby -- интерпретируемый язык. Так как это свойство отрицательно сказывается на производительности, то хочется дать некоторые комментарии. Во-первых (и это самое главное), быстрый цикл разработки является важнейшим достоинством, которое <<перевешивает>> некоторые недостатки. Во-вторых, хотя Ruby и не является катастрофически медленным, в тех случаях, когда скорость абсолютно необходима, можно написать часть кода на языке C. Наконец, в-третьих, никто не сказал, что когда-нибудь не будет написан компилятор с языка Ruby.
В Ruby имеется возможность работы с регулярными выражениями. Когда-то они использовались только в некоторых утилитах UNIX-систем (grep, sed, vi). Затем, благодаря языку Perl, значительное число людей признало их мощь при обработке текстов. Ruby дает возможность использовать эту силу с еще большей легкостью.
Помните известную фразу Исаака Ньютона <<Если я видел дальше, чем другие, то только потому, что стоял на плечах гигантов>>? Ruby, безусловно, <<стоит на плечах гигантов>>, среди которых Smalltalk, CLU, Lisp, C, C++, Perl, Kornshell и другие языки. В Ruby собрано все лучшее, что накоплено человечеством в области языков программирования. При этом соблюдены следующие три принципа: не изобретать колесо, не чинить не сломанное, использовать имеющиеся у программистов знания и опыт. В Ruby пригодятся и знания о файлах и потоках из ОС UNIX, и спецификации функции printf из стандартной библиотеки ввода/вывода языка C, и умение работать с регулярными выражениями в Perl.
Ruby -- язык написания сценариев (scripting language). Не следует считать, что это характеризует язык, как <<игрушечный>> или недостаточно мощный. Подобный язык должен быть интерпретируемым и способным заменить командные файлы, взаимодействующие с операционной системой и управляющие поведением других программ.
Ruby -- универсальный и гибкий язык. С его помощью можно одинаково изящно реализовать как то, что традиционно делается с помощью интерпретатора Kornshell, так и то, что пишется обычно на C.
По простоте и богатству возможностей работы со строками и массивами языку Ruby нет конкурентов. Массивы являются динамическими, с ними можно оперировать как с множествами, стеками и очередями. Есть и ассоциативные массивы, работа с которыми также чрезвычайно проста и удобна.
Для языка Ruby уже написано большое число библиотек. Потоки, сокеты, объекты, сохраняемые между запусками программ, CGI-программы, базы данных, GUI -- все это можно использовать, программируя на Ruby.
Дэйв Томас (Dave Thomas) и Энди Хант (Andy Hunt), соавторы первой книги по Ruby, вышедшей на английском языке, в интервью журналу ``Dr. Dobbs Journal (январь 2001) говорят: <<Возьмите чисто объектно-ориентированный язык Smalltalk и избавьтесь от его причудливого синтаксиса. Добавьте комфорт и мощь языка Perl, но без всяких специальных случаев и магических преобразований. Заверните получившееся в ясный синтаксис, основанный частично на языке Eiffel, и добавьте понемногу от Scheme, CLU, Sather и Common Lisp. У вас получится Ruby.>> Фактически это означает, что Ruby -- естественный и практически неизбежный результат эволюции современных языков программирования. Авторы данной статьи согласны с такой точкой зрения.
Хочется подчеркнуть, что Ruby не является панацеей для решения всех проблем программистов. Не следует отказываться от использования языков Java и C++ там, где их применение оправдано. С другой стороны, не разумно недооценивать возможности практического применения Ruby в реальных проектах.
Послушаем теперь высказывания лучших представителей программистского сообщества, которые сравнивают Ruby с другими языками.
Начнем с языка Java:
* Ruby -- интерпретируемый язык; * в Ruby все является объектом (в Java есть типы int и Integer, что создает определенные неудобства); * переменные в Ruby не являются статически типизированными и не требуют объявления; * модули (modules) в Ruby позволяют с помощью <<миксинов>> (mixins) конструировать подобие интерфейсов (interfaces) языка Java, допуская при этом в них реализацию методов.
Теперь сравним с языком Perl:
* Ruby значительно легче освоить, на нем легче программировать, а написанные программы проще сопровождать; * в Ruby префиксы (@, $, @@) описывают область видимости (scope), а не тип переменной; * Ruby позаимствовал из языка Perl регулярные выражения, переменную $_ и многое другое.
Завершим сопоставление Ruby с другими языками рассмотрением одного из ближайших <<конкурентов>> -- языка Python. Это сравнение особенно интересно потому, что именно Python рассматривается сейчас многими, как хороший кандидат на роль первого языка программирования. Итак, сравним Ruby с языком Python:
* управляющие конструкции и методы в языке Ruby завершаются ключевым словом end, в то время как Python использует так называемый <<двумерный>> синтаксис, когда признаком завершения является изменение количества лидирующих пробелов в очередной строке программы; * вместо self в Ruby для обозначения переменных экземпляра используется префикс @; * в Ruby, в отличие от языка Python, понятия типа и класса являются синонимами; * Python не поддерживает наследования и не позволяет добавлять методы к существующим типам; * используемый в Ruby алгоритм сборки мусора позволяет проще писать реализации методов на языке C; * расширения для Ruby, написанные на C/C++ позволяют определять новые классы; * зачастую Ruby быстрее, чем Python.
И вновь дадим слово создателю языка. Его высказывание о планах дальнейшей работы над Ruby, выраженное в виде одной из управляющих конструкций языка, позволит нам плавно перейти к рассмотрению примеров реальных программ.
loop do read and reply mails write code write document/article/book write code end
Программисты пишут на Ruby
Начнем с примеров, показывающих, что знание библиотек ввода/вывода языков C и C++ пригодится и в Ruby.
Специальная глобальная переменная $_ всегда содержит результат последней операции чтения. Она же используется как аргумент по умолчанию во многих конструкциях. Следующая программа, например, печатает все строки из входного потока, которые содержат слово Ruby.
while gets # присваивание очередной строки переменной $_ if /Ruby/ # сопоставление ее с образцом Ruby print # печать $_ end end
Ruby-стиль, однако, рекомендует использовать итератор each:
ARGF.each { line print line if line =~ /Ruby/ }
ARGF в Ruby -- это объект, который представляет собой конкатенацию содержимого всех файлов, имена которых заданы в командной строке, либо просто стандартный поток ввода (в случае отсутствия аргументов).
Вот как выглядит на Ruby программа вычисления факториала числа, указываемого в качестве аргумента командной строки:
def fact(n) return 1 if n == 0 f = 1 while n>0 f *= n n -= 1 end return f end print fact(ARGV[0].to_i), n
Для вычисления с помощью этой программы, размещенной в файле fact.rb, значения 100! достаточно выполнить команду ruby fact.rb 100.
Три программы, рекурсивно вычисляющие 30-е число Фибоначчи, приведенные ниже, позволяют сравнить производительность интерпретаторов Ruby, Python и Perl.
# Ruby def fib(n) if n<2 n else fib(n-2)+fib(n-1) end end print fib(30), n # Python def fib(n): if n<2: return n else: return fib(n-2)+fib(n-1) print fib(30)
Еще одна классическая задача -- определение с помощью решета Эратосфена списка всех простых чисел, не превосходящих заданного (100 по умолчанию).
max = Integer(ARGV.shift 100) sieve = [] for i in 2 .. max sieve[i] = i end for i in 2 .. Math.sqrt(max) next unless sieve[i] (i*i).step(max, i) do j sieve[j] = nil end end puts sieve.compact.join ,
В качестве следующего примера рассмотрим решение на языке Ruby задачи, которая часто предлагается студентам первого курса, изучающим языки C/C++: для заданного текстового файла определить число вхождений в него каждого из встречающихся в нем слов. Использование ассоциативных массивов и ряда стандартных методов работы с файлами и строками позволяет написать чрезвычайно краткую и ясную программу.
freq = Hash.new(0) while gets() for word in $_.split(/W+/) freq[word] += 1 end end for word in freq.keys.sort! print word, -- , freq[word], n end
Приведем два простых примера использования стандартной библиотеки классов. В результате выполнения первой программы будет найдено, что 7/8+1/8=1, а 7/8*1/8=7/64; вторая из них вычислит (1 + i)64.
require rational a = Rational(7,8) b = Rational(1,8) print a, +, b, =, a+b, ; , a, *, b, =, a*b, n
require complex a = Complex(1,1); print a**64
Без подробных объяснений приведем две эквивалентные программы, иллюстрирующие переопределение оператора [] для класса SongList. Ассоциативный массив (associative array, hash или dictionary) допускает индексирование произвольными объектами, а не только целыми числами. В данном случае оператор [] позволяет находить нужную песню не только по номеру, но и по ее названию.
class SongList def [](key) if key.kind_of?(Integer) return @songs[key] else for i in 0...@songs.length return @songs[i] if key == @songs[i].name end end return nil end end
class SongList def [](key) return @songs[key] if key.kind_of?(Integer) return @songs.find { aSongaSong.name == key } end end
Так как Ruby унаследовал лучшие особенности многих языков, то для выполнения достаточно стандартных действий обычно имеется несколько разных возможностей. Вот 13 (!) различных способов напечатать числа от 0 до 9:
i = 0 i = 0 while i < 10 begin print i , print i , i += 1 i += 1 end end while i < 10
i = 0 i = 0 until i >= 10 begin print i , print i, i += 1 i += 1 end end until i >= 10
for i in [0,1,2,3,4,5,6,7,8,9] for i in (0..9) print i, print i, end end
for i in (0...10) 10.times do i print i, print i, end end
0.upto(9) do i9.downto(0) do i print i, print i, end end
(0..9).each do i (0...10).each do i print i, print i, end end
i = 0 loop do if i < 10 then print i, else break end i += 1 end
В заключение вопрос для тех, кто не знает языка Ruby: что напечатает следующая программа?
print [L, R, H, T].collect { xx.succ }
Если вы сумеете угадать ответ, то это будет лучшим подтверждением тому факту, что Ruby интуитивно ясный язык. Если же не угадаете, то у вас будет еще одна причина изучить его.
Ruby и новички
Этот язык, несомненно, является одним из лучших в качестве первого языка программирования. Быстрый цикл разработки (редактирование -- запуск -- редактирование), использование интерпретатора, изначальная объектно-ориентированность, нетипизированные переменные, которые не требуют объявления, -- все это позволяет учащимся сконцентрировать свое внимание на общих принципах программирования.
Не менее важны мультиплатформенность Ruby и его принадлежность к миру свободно распространяемого ПО. Еще один весомый аргумент в его пользу -- возможность практического использования языка в самых разных областях, что не позволит впоследствии профессионалу, который вырастет из новичка, пожалеть о напрасно потраченном времени.
Можно заметить, что значительному числу перечисленных выше требований удовлетворяют и Python, и Java, и C++ и даже (в меньшей степени) Delphi. Последний из них, правда, является коммерческим продуктом, что автоматически должно было бы повлечь исключение его из рассмотрения. Однако в России даже среди организаторов олимпиад по программированию для школьников находятся люди, утверждающие, что стоимость дистрибутива Delphi составляет около 70 рублей!
Язык C++ практически никто и никогда не рекомендовал в качестве первого языка -- слишком он сложен. Java, наоборот, используется как первый язык, достаточно часто. Python сейчас рассматривается многими как неплохой кандидат на эту роль.
Попробуем сначала сравнить языки Ruby и Java, посмотрев на них глазами человека, только начинающего знакомиться с миром программирования. Для такого человека чрезвычайно важна ясность и краткость программ, отсутствие в них странных и непонятных <<магических>> слов. А именно из них и состоит в основном Java-вариант традиционной первой программы!
public class Hello { public static void main(String[] args) { System.out.println(Здравствуй, мир!); } }
Аналогичную программу на Ruby долго объяснять не придется:
puts "Здравствуй, мир!"
Ruby в этом смысле очень дружелюбный язык. Программа, написанная новичком, может быть очень короткой и не содержать ничего лишнего, а для создания такой программы необходим, в основном, только здравый смысл.
В отличие от языка Java в Ruby нет проблемы <<больших>> чисел. Приведенные выше программы вычисления факториала числа или чисел Фибоначчи, будучи написанными на Ruby, всегда дают верный результат. В случае же языка Java ограничения на диапазон представимых целых чисел приводят к нелепым (с точки зрения ученика школы или студента первого курса) равенствам типа
17!=-288522240.
Неприятная неожиданность для человека, только приступающего к изучению программирования!
Еще одним важным фактором является простота методов, используемых в Ruby для ввода данных с клавиатуры или из файла. В случае языка Java сложность этих операций приходится тщательно маскировать, ограждая новичка от ненужных ему проблем.
Компактность дистрибутива Ruby и простота его установки в любой операционной системе позволяют школьнику или студенту без проблем работать на домашнем компьютере. Опять сравнение не в пользу Java!
Язык Python по многим параметрам похож на Ruby. Из приведенных выше различий этих двух языков для рассматриваемой нами ситуации начального обучения программированию особенно значимым оказывается <<двумерный>> синтаксис, используемый в языке Python. Эта особенность не является изначально понятной и на первых порах мешает. Вообще, основным аргументом в пользу Ruby в качестве первого языка программирования является именно его интуитивная ясность и предсказуемость, а не многие другие его преимущества.
Ruby и профессионалы
Чем же хорош Ruby для профессионального программиста и системного администратора? Многое уже было сказано выше, но вот еще несколько интересных примеров и кратких комментариев.
По умолчанию строка, заключенная в обратные апострофы, заменяется результатом выполнения команды, в ней заданной. Можно, однако, и переопределить это поведение:
alias oldBackquote ` def `(cmd) result = oldBackquote(cmd) if $? != 0 raise Command #{cmd} failed end result end print `date` print `data`
CGI-скрипты, формы, работа с <<ключиками>> (cookies) -- это только начало. Программы на Ruby могут быть внедрены прямо в HTML, что эквивалентно использованию таких средств, как ASP, JSP или PHP. При этом сохраняется вся мощь Ruby, а для повышения производительности можно использовать специальный модуль для Apache.
<!DOCTYPE HTML PUBLIC -//W3C//DTD HTML 4.01//EN> <html> <head> <title>eruby example</title> </head> <body> <h1>Enumeration</h1> <ul> <%(1..10).each doi%> <li>number <%=i%></li> <%end%> </ul> <h1>Environment variables</h1> <table> <%ENV.keys.sort.each do key%> <tr> <th><%=key%></th><td><%=ENV[key]%></td> </tr> <%end%> </table> </body> </html>
Ниже приведена программа, иллюстрирующая Tk расширение языка Ruby. Левая кнопка мыши позволяет рисовать прямые линии, а правая -- создавать Postscript-файл с построенным изображением.
require tk class Draw def do_press(x, y) @start_x = x @start_y = y @current_line = TkcLine.new(@canvas, x, y, x, y) end def do_motion(x, y) if @current_line @current_line.coords @start_x, @start_y, x, y end end def do_release(x, y) if @current_line @current_line.coords @start_x, @start_y, x, y @current_line.fill black @current_line = nil end end def initialize(parent) @canvas = TkCanvas.new(parent) @canvas.pack @start_x = @start_y = 0 @canvas.bind(1, proc{edo_press(e.x, e.y)}) @canvas.bind(2, proc{ puts @canvas.postscript({}) }) @canvas.bind(B1-Motion, proc{x, ydo_motion(x, y)}, %x %y) @canvas.bind(ButtonRelease-1, proc{x, ydo_release (x, y)}, %x %y) end end root = TkRoot.new{ title Canvas } Draw.new(root) Tk.mainloop
Отметим, наконец, что конфигурация и установка дистрибутива Ruby осуществляется с помощью скриптов, написанных на нем самом.
Заключение
Выпускники МГИУ специальности 2204 этого и предыдущего годов (многие из которых являются сейчас аспирантами) могут обнаружить, что язык Ruby во многом похож на известный им по занятиям на первом курсе язык C-Talk. Этот язык, который разрабатывался в нашем университете группой программистов под руководством Игоря Вячеславовича Абрамова (см. [9-11]), был основан в значительной мере на тех же самых идеях, которые взяты в качестве основополагающих автором Ruby.
Осенью 1997 года студенты-программисты в нашем университете начали изучать язык Java. МГИУ был тогда единственным вузом в Москве, в котором первым языком программирования стал этот ныне общепризнанный язык.
Сейчас к связке языков Java и C++, двух основных языков современных профессиональных программистов, мы добавляем Ruby, с которого и начнется знакомство в новом учебном году первокурсников с миром программирования. Очень хочется верить в то, что и на этот раз наш выбор не окажется ошибочным.
