Ruby
Ruby — это динамический, рефлективный, интерпретируемый высокоуровневый язык программирования с открытым исходным кодом. Язык обладает строгой динамической типизацией, независимой от операционной системы реализацией многопоточности и автоматическим сборщиком мусора. Архитектура языка объединяет в себе элементы чистого объектно-ориентированного программирования с возможностями функционального и процедурного стилей, позиционируясь как мощный инструмент для написания сценариев (скриптов) и разработки сложных веб-приложений.
История создания и философия
Разработка языка была начата японским программистом Юкихиро Мацумото в начале 1990-х годов, а первая публичная версия была выпущена в декабре 1995 года. В период создания языка наибольшей популярностью пользовались скриптовые языки Perl и Python. Создатель Ruby был хорошо знаком с ними, однако считал их подходы несовершенными. В частности, язык Python не удовлетворял его критериям «истинной» объектной ориентированности (поскольку объекты в нем воспринимались как надстройка над базовым синтаксисом), а язык Perl казался излишне запутанным и имеющим «привкус игрушечного языка». В поисках идеальной архитектуры Юкихиро Мацумото обратился к академическому языку Smalltalk, который отличался эталонной и последовательной реализацией парадигмы объектно-ориентированного программирования. В результате Ruby был задуман как симбиоз строгой объектной модели Smalltalk и мощных возможностей обработки текста, присущих Perl. Само название языка «Ruby» (рубин) было выбрано в качестве смыслового ответа языку «Perl» (жемчужина).
Фундаментальная философия языка базируется на принципе «язык для человека, а не для компьютера». В отличие от низкоуровневых языков (таких как C), где приоритетом является максимальная вычислительная производительность оборудования, архитектура Ruby ставит во главу угла скорость и удобство написания программного кода разработчиком. Дополнительными постулатами философии являются принцип «наименьшей неожиданности» (поведение программы должно быть интуитивно понятным для программистов, имеющих опыт работы с процедурными языками) и отказ от статуса «раба производительности». Язык поощряет внесение динамических изменений в объекты непосредственно во время выполнения программы (метапрограммирование).
Исторически язык долгое время оставался популярным исключительно в Японии. Это было связано с тем, что вся техническая документация писалась японскими разработчиками с использованием иероглифов. Перевод документации на английский язык начался лишь в 1997—1998 годах, а полноценные англоязычные руководства появились в начале 2000-х годов. Поворотным моментом, обеспечившим языку колоссальную мировую популярность, стал 2005 год — время выхода мощного программного каркаса (фреймворка) Ruby on Rails, который установил новые индустриальные стандарты в сфере веб-разработки.
Парадигмы и вычислительная модель
Язык является полностью объектно-ориентированным. В нем принципиально отсутствуют примитивные типы данных: абсолютно все информационные сущности (включая числа, строки и логические значения) являются полноценными объектами. Любая функция выступает в роли метода конкретного класса. Каждая исполняемая инструкция, вплоть до условных операторов и процедур присваивания, в обязательном порядке возвращает значение.
Все классы в языке напрямую или опосредованно наследуются от единого глобального суперкласса Object. Классическое множественное наследование не поддерживается во избежание логических конфликтов. Вместо него внедрен механизм примесей (mixins), позволяющий имплементировать модули с готовым функционалом в любые классы.
Несмотря на доминирование объектной модели, в языке успешно имитируются процедурный и функциональный стили. Процедурное программирование реализуется путем вызова абстрактных методов из базового класса Object, а для функционального программирования предусмотрены анонимные функции, замыкания и блоки кода. Математические операторы (сложение, вычитание и т.д.) по своей природе также являются скрытыми методами, что позволяет разработчику беспрепятственно их переопределять. В отличие от языка Smalltalk, базовые управляющие конструкции (циклы и ветвления) в Ruby объектами не являются.
Синтаксис и структура языка
Синтаксис языка является лаконичным, регистрозависимым и структурно свободным (не требует жесткой изоляции программных блоков, как в языке Ада). Идентификация областей видимости и типов сущностей осуществляется не через громоздкие декларации, а с помощью строгих лексических соглашений:
Локальные переменные и методы начинаются со строчной (маленькой) буквы или знака подчеркивания. Константы и имена классов всегда начинаются с заглавной (большой) буквы. Переменные экземпляра класса (свойства объекта) маркируются одним знаком префикса-собаки. Переменные на уровне всего класса маркируются двумя знаками префикса-собаки. Глобальные переменные выделяются знаком доллара.
Специфической чертой синтаксиса является использование суффиксов в именах методов для указания на характер их поведения: Наличие вопросительного знака в конце имени метода означает, что метод является предикатом (возвращает логическое значение истины или лжи). Наличие восклицательного знака указывает на то, что метод является деструктивным (он изменяет состояние исходного объекта, для которого был вызван).
Программный код может выполняться интерпретатором построчно, сверху вниз. Загрузка внешних файлов и библиотек осуществляется специальной командой require, которая динамически присоединяет содержимое указанного файла к текущему потоку исполнения. Выделение логических блоков кода осуществляется либо с помощью фигурных скобок, либо связкой ключевых слов do и end. Предварительное объявление переменных не требуется.
Концептуальный пример объявления класса и использования префиксов:
class Animal
# Конструктор класса
def initialize(name)
@name = name # Переменная экземпляра
end
# Предикатный метод
def is_valid?
true
end
end
Типы данных
Математический аппарат языка обеспечивает работу с числами любой сложности. Встроено автоматическое преобразование между типом малых целых чисел (Fixnum, ограниченным размером 2 в 30-й степени) и типом больших целых чисел (Bignum). Тип Bignum ограничен исключительно объемом доступной оперативной памяти, что позволяет интерпретатору производить вычисления со сколь угодно высокой точностью (например, высчитывать сотни знаков числа Пи). Стандартная библиотека также поддерживает работу с числами с плавающей запятой, рациональными и комплексными числами.
Особое внимание в языке уделено обработке текста. Строки реализованы как изменяемые массивы байтов в стандарте кодировки UTF-8. Поддерживается множество методов интерполяции (вычисления значений непосредственно внутри двойных кавычек), срезов, слияния, поиска подстрок и применения мощного аппарата регулярных выражений, концептуально заимствованного из языка Perl.
Символы (symbols) представляют собой легковесные неизменяемые строки, которые объявляются с помощью ведущего двоеточия. Они хранятся в памяти в единственном экземпляре и применяются в качестве эффективных ключей для хеш-таблиц.
Диапазоны (ranges) являются встроенным типом данных, описывающим последовательность элементов. Использование диапазонов позволяет лаконично формировать выборки и задавать границы для циклических переборов. Пример синтаксиса диапазона:
range_example = 1..10
Основным инструментом для группировки данных выступает гетерогенный динамический массив, способный одновременно хранить элементы различных типов и автоматически изменять свой физический размер.
Управляющие конструкции и циклы
Язык предоставляет исчерпывающий инструментарий для построения алгоритмических ветвлений и циклов. Помимо стандартного условного оператора if, в язык внедрен оператор unless (выполняющий блок кода в случае, если логическое условие ложно). Множественный выбор реализуется конструкцией case ... when.
Вычислительная гибкость обеспечивается наличием семи различных типов циклических конструкций: Циклы с предварительным условием (пока условие истинно / пока условие ложно). Циклы с проверкой условия в конце (постусловие). Циклы со счетчиком, опирающиеся на диапазоны. Бесконечный цикл loop. Цикл for, предназначенный для перебора всех элементов коллекции.
Наряду с циклами активно используются итераторы — специализированные методы, обрабатывающие структуры данных: Итератор times (выполняет блок кода заданное количество раз). Итератор upto (осуществляет перебор от начального значения до максимального). Итератор each (обход каждого элемента контейнера).
Экосистема и библиотеки
Основная реализация транслятора (MRI) написана на языке C. Впоследствии сообществом были созданы альтернативные реализации для глубокой интеграции с другими вычислительными средами: JRuby (для платформы Java и исполнения байт-кода на виртуальной машине JVM), решения для платформы .NET, а также проекты Rubinius и MacRuby. Интерпретаторы портированы на большинство существующих операционных систем, включая семейства Windows, Linux, macOS и Android. Интерактивная командная оболочка (IRB) поставляется вместе со стандартным дистрибутивом и позволяет программистам тестировать фрагменты кода в реальном времени.
Язык обладает огромной стандартной библиотекой, в состав которой изначально включены инструменты для веб-программирования, работы с сетью, сложными форматами данных (включая PDF), архивами, матрицами, датами и кодировками. Развитая система управления пакетами и централизованный репозиторий (Ruby Application Archive) предоставляют разработчикам тысячи готовых сторонних модулей. Существуют модули для интеграции со всеми популярными системами управления базами данных и разработки графических пользовательских интерфейсов (с использованием библиотек GTK, Qt и инструментов для создания трехмерной графики). Стандартный инструмент RDoc отвечает за автоматическую генерацию технической документации из исходных текстов программ.
Применение, достоинства и недостатки
Главными достоинствами языка считаются его выразительность, лаконичность синтаксиса, мощные инструменты работы со строками, наличие полноценной объектной модели и богатая экосистема фреймворков. Написанный код часто выглядит настолько понятным, что воспринимается как обычный текст на английском языке.
Основной исторический недостаток языка — крайне низкая вычислительная производительность. Будучи интерпретируемым и максимально абстрагированным от низкоуровневого оборудования, Ruby в начале своего развития исполнял алгоритмы в несколько раз медленнее своих аналогов. В корпоративном секторе эта проблема традиционно решалась вынесением критически важных математических вычислений в отдельные модули, написанные на языке C. Существенная оптимизация ядра была проведена к 2010 году, а выпуск стабильной ветки Ruby 2.0 в 2013 году окончательно вывел скорость работы языка на приемлемый индустриальный уровень.
Среди других объектов критики выделяют высокое потребление ресурсов оперативной памяти и большой физический размер самого транслятора, что затрудняет использование языка во встраиваемых микросистемах. Кроме того, серьезной проблемой экосистемы являются частые нарушения обратной совместимости (начиная с версий 1.8), когда программы, написанные для старых версий интерпретатора, перестают корректно функционировать в новых средах. Обилие библиотек, создаваемых сообществом на различных операционных системах, иногда приводит к проблемам с переносимостью кроссплатформенного кода (в отличие от более строгой экосистемы Java). Запутанность синтаксиса из-за огромного количества встроенных возможностей также вызывает критику со стороны сторонников минимализма.
Несмотря на указанные недостатки, язык активно применяется в аэрокосмической отрасли (NASA, Национальное управление океанических и атмосферных исследований США), в корпорациях уровня Motorola. На языке Ruby написана платформа совместной разработки GitHub. Язык применяется для создания программ трехмерного моделирования (SketchUp) и сетевых клиентов (XChat). В игровой индустрии язык известен как основной инструмент программирования логики во всемирно известном движке RPG Maker. Главной сферой применения Ruby остается профессиональная веб-разработка.