Ruby语言基础入门教程之Ruby3基础数据类型(data types)EP02

Ruby是强类型动态语言，即Ruby中一旦某一个对象被定义类型，如果不通过强制转换操作，那么它永远就是该数据类型，并且只有在Ruby解释器运行时才会检测对象数据类型，它的一切皆为对象（包括 nil 值对象），可以通过调用内置class属性来获取该对象的具体数据类型。对于 Ruby 而言，所有类型都继承自 Object 类(根类为 BasicObject)。

数字(Numeric)

数字是最基本的数据类型之一，Ruby 中包含五种内置数字类型类: Numeric, Integer, Float, Fixnum 和 Bignum, 另外标准库中还提供了三种数字类型：Complex, BigDecimal, Rational. 除 Numeric 类外其他数字类型类都继承自 Numeric。

irb(main):005:0> 100.class
=> Integer

irb(main):004:0> Integer.superclass
=> Numeric

31位以内的整数为 Fixnum, 超过31位的数为Bignum, Bignum 没有位数限制，可以理解为长整形。

Ruby3支持基本的数学运算符(+, -, *, /)，及取余(%), 求指数(**)，等。

所有数字对象为不可变对象，因此 Ruby中没有自增和自减操作符(++, –)：

irb(main):006:0> x = 4/2     
=> 2
irb(main):007:0> y = 6.0/2   
=> 3.0
irb(main):008:0> x**2      
=> 4
irb(main):009:0> x**-1       
=> (1/2)
irb(main):010:0> x**(1/2.0)  
irb(main):011:0> x**(1/3)
=> 1
irb(main):012:0> x
=> 2

在Ruby中，一元运算符+=、 -=、 *=等其它类似的操作，和对应的二元运算x = x + y是完全等价的，都会创建新的对象x。其它语言中，可能一元操作符是原处修改的，对应的二元运算是非原处修改的，所以其它语言中使用一元运算方式效率可能会稍高一些，但Ruby中是等价的，所以说变了，一元运算符在Ruby中的作用仅仅是减少代码量，而并非有性能优化的空间。

对于浮点数来讲，Ruby提供了BigDecimal类来解决精度丢失问题，使用该类可以按实际值运算，但效率上不占优势：

irb(main):013:0> require 'bigdecimal'
irb(main):014:0> BigDecimal('0.2') - BigDecimal('0.1') === BigDecimal('0.1')
=> true

字符串(String) 

普通字符串对象通常以双引号的形式声明，可转义字符，单引号原样输出不转义，字符串还可以包含变量或表达式(内嵌 #{ expr })：

irb(main):017:0> "360 degrees = #{2*Math::PI} radians"
=> "360 degrees = 6.283185307179586 radians"

注意#{ expr }方式需要双引号引用。

也像Python那样可以使用类似通配符的方式格式化输出：

irb(main):022:0> "%s: %f" % ["pi", Math::PI]
=> "pi: 3.141593"

和其他语言不同的是，Ruby3中的字符串是可变对象：

irb(main):028:0> ss = "123"
=> "123"
irb(main):029:0> ss[0]
=> "1"
irb(main):030:0> ss[0] = "2"
=> "2"
irb(main):031:0> ss
=> "223"

也就是说，如果我们定义了一个字符串，可以随时通过下标对字符串中的字符进行修改，而Python或者Golang中的字符串是不可变对象，所以只能通过重新赋值的方式进行修改。

常用的字符串方法：

# 获取字符串长度
"Hello".length #=> 5
"Hello World!".length #=> 12

# 判断字符串是否为空
"Hello".empty? #=> false
"!".empty?     #=> false
" ".empty?     #=> false
"".empty?      #=> true

# 检索字符数量
"HELLO".count('L') #=> 2
"HELLO WORLD!".count('LO') #=> 1

# 插入字符串
"Hello".insert(3, "hi5") #=> Helhi5lo # "hi5" is inserted into the string right before the second 'l' which is at index 3

# 转大写
"Hello".upcase #=> HELLO

# 转小写
"Hello".downcase #=> hello

# 交换大小写
"hELLO wORLD".swapcase #=> Hello World

# 字符串翻转
"Hello World!".reverse #=> "!dlroW olleH"

# 字符串切割数组
"Hello, how are you?".split #=> ["Hello,", "how", "are", "you?"]

# 字符删除
name = "Batman"
name.chop
name == "Batma" #=> false

# 清除空格
"  Hello  ".strip #=> Hello

# 强转整形
"15".to_i #=> 15 # integer

# 字符串拼接

"15" + "15" #=> "1515" # string

"15" << "15" #=> "1515" # string

"15".concat "15" #=> "1515" # string

# 获取字符索引
"information".index('o') #=> 3
"information".index('mat') #=> 5
"information".index(/[abc]/) #=> 6
"information".index('o', 5) #=> 9
"information".index('z') #=> nil

可以看到，全部由字符串内置属性完成，并不需要外部方法的参与。

与此同时，还可以通过对象的的frozen?属性判断类型是否可变。

irb(main):035:0> "123".frozen?
=> false
irb(main):036:0> 3.frozen?
=> true

返回true为不可变对象，而false则代表可变。

符号(symbol)

符号(symbol)和字符串很相似，符号也是对象，一般作为名称标签来使用，用来表示变量等对象的名称，另外符号和字符串可以相互转换。

声明符号：

#声明symbol对象
:test1
:'test'

其实就是字符串前面加个冒号: 就是符号。

字符串和符号区别：

#可以通过object_id方法来获得一个对象的标识符
'test1'.object_id
=>70201737198340 
'test1'.object_id
=>70201752605900
'test1'.object_id
=>70201752351880 

:test2.object_id
=>8869148 
:test2.object_id
=>8869148 
:'test2'.object_id
=>8869148

在Ruby3中每一个对象都有唯一对象标识符，也可以理解为内存地址标识，每个字符串对象都是不同的，即使它们包含了相同的字符串内容，而对于符号对象，相同的字符串内容则只会指向唯一确定的一个符号对象，这样实际上节约了内存，减少了性能损耗。

符号不可以像其他变量一样对它进行赋值运算。比如这样的写法是错误的:myname = "test"。 相反符号可以作为值赋给其他变量比如mystring = :myname。

所有符号对象存放在 Ruby内部的符号表中，可以通过类方法 Symbol.all_symbols 得到当前 Ruby 程序中定义的所有 Symbol 对象，该方法返回一个 Symbol 对象数组。

符号与字符串相互转换：

var1 = "test".to_sym #=>:test

var1 = :test.to_s #=>"test"

一般情况下，符号作为哈希的key进行取值操作，这样效率和性能更高：

H = Hash[:"a" => 100, :"b" => 200]
puts H[:a]

程序返回：

100

因为 Ruby3对每一次字符串引用都会生成一个字符串对象，累积下来这个开销是相当大的。

需要注意的是，符号是不可变对象。

哈希(Hash)

哈希是一种非常有用且广泛使用的复合容器对象，可用于存储其他对象。我们通过键（key）来查找哈希中的值（value）。好比我们有一个牛津词典，我们通过查找“hello的单词来找到中文意思"你好"，此时，“hello“就是作为键，而“你好”就是值。

声明哈希：

H = {}

可以单独对key和value进行赋值操作：

H[:a] = "123"

puts H[:a]

也可以通过使用=>将键分配给值来创建哈希，用逗号分隔多个键值对，并用花括号将整个内容括起来：

H = { "one" => "1", "two" => "2", "three" => "3" }

puts H

直接通过key就可以进行取值、修改等操作：

puts H["one"]

当我们查找的键没有对应内容时，会返回一个nil。

也可以使用fetch方法，他和[]方法一样都可以查找某一个键的值，但是如果键对应的值不存在，会抛出异常。

哈希可以进行合并操作：

a = { "one" => "eins" }
b = { "two" => "zwei" }
puts a.merge(b)
puts a

通过keys方法打印所有的键：

H = {}

H[:a] = "123"

puts H.keys()

也可以通过values返回一个带有哈希所有值的数组：

H = {}

H[:a] = "123"

H["123"] = "123"

puts H.values()

判断哈希是否为空：

{}.empty?

# ---- 输出结果 ----
true

也可以使用size或者length方法，判断哈希的大小是否为0：

dictionary = { "one" => "eins", "two" => "zwei", "three" => "drei" }
puts dictionary.size == 0
puts dictionary.length == 0

# ---- 输出结果 ----
false
false

通过delete方法删除键值对：

dictionary = { "one" => "eins", "two" => "zwei", "three" => "drei" }
dictionary.delete("one")
puts dictionary

# ---- 输出结果 ----
{"two"=>"zwei", "three"=>"drei"}

需要注意的是，哈希是可变对象：

irb(main):041:0> {}.frozen?
=> false

数组(Array)

数组是一个包含许多元素的对象。这些元素可以是变量（例如 字符串，数字，哈希等），甚至可以是其他对象（包括构成多维数组的其他数组）。定义中索引指的是数组元素中的一个序号，它从0开始，每个索引对应一个元素。说白了，就是一个内部元素内存地址连续的线性结构。

声明数组：

A = []

创建字符串数组：

> %w{ cat dog monkey }
=> ["cat", "dog", "monkey"]

创建符号数组：

> %i{ cat dog monkey }
=> [:cat, :dog, :monkey]

判断数组是否为空：

# 定义一个空数组
> days_of_week = []
=> []

days_of_week.empty?
=> true

也可以使用length或者size:

> days_of_week.length == 0
=> true

> days_of_week.size == 0
=> true

通过索引访问数组元素：

# 定义一个数组
> days_of_week = [ "Mon", "Tues", "Wed", "Thu", "Fri", "Sat", "Sun" ]
=> [ "Mon", "Tues", "Wed", "Thu", "Fri", "Sat", "Sun" ]

> days_of_week[0]
=> "Mon"

> days_of_week[1]
=> "Tues"

使用数组的first和last方法访问首个和末尾元素：

> days_of_week.first
=> "Mon"

> days_of_week.last
=> "Sun"

通过index返回元素下标：

# 定义一个数组
> days_of_week = [ "Mon", "Tues", "Wed", "Thu", "Fri", "Sat", "Sun" ]
=> [ "Mon", "Tues", "Wed", "Thu", "Fri", "Sat", "Sun" ]

> days_of_week.index("Wed")
=> 2

提取子元素：

# 定义一个数组
> days_of_week = [ "Mon", "Tues", "Wed", "Thu", "Fri", "Sat", "Sun" ]
=> [ "Mon", "Tues", "Wed", "Thu", "Fri", "Sat", "Sun" ]

> days_of_week[1, 3]
=> ["Tues", "Wed", "Thu"]

也可以针对数组指定范围：

> days_of_week[1..3]
=> ["Tues", "Wed", "Thu"]

合并数组：

days1 = ["Mon", "Tue", "Wed"]
days2 = ["Thu", "Fri", "Sat", "Sun"]
days = days1 + days2

=> ["Mon", "Tue", "Wed", "Thu", "Fri", "Sat", "Sun"]

使用<<将元素动态附加到现有数组：

days1 = ["Mon", "Tue", "Wed"]
days1 << "Thu" << "Fri" << "Sat" << "Sun"

=> ["Mon", "Tue", "Wed", "Thu", "Fri", "Sat", "Sun"]

数组的交集 &：

operating_systems = ["Fedora", "SuSE", "RHEL", "Windows", "MacOS"]

linux_systems = ["RHEL", "SuSE", "PCLinuxOS", "Ubuntu", "Fedora"]

operating_systems & linux_systems
=> ["Fedora", "SuSE", "RHEL"]

数组的差集 -

operating_systems = ["Fedora", "SuSE", "RHEL", "Windows", "MacOS"]

linux_systems = ["RHEL", "SuSE", "PCLinuxOS", "Ubuntu", "Fedora"]

operating_systems  - linux_systems

linux_systems - operating_systems

数组的并集 |

operating_systems = ["Fedora", "SuSE", "RHEL", "Windows", "MacOS"]

linux_systems = ["RHEL", "SuSE", "PCLinuxOS", "Ubuntu", "Fedora"]

operating_systems | linux_systems
=> ["Fedora", "SuSE", "RHEL", "Windows", "MacOS", "PCLinuxOS", "Ubuntu"]

数组删除重复元素：

linux_systems = ["RHEL", "SuSE", "PCLinuxOS", "Ubuntu", "Fedora", "RHEL", "SuSE"]

linux_systems.uniq
=> ["RHEL", "SuSE", "PCLinuxOS", "Ubuntu", "Fedora"]

向数组中增加或减少元素（push和pop）

colors = ["red", "green", "blue"]
=> ["red", "green", "blue"]

colors.push "indigo"
=> ["red", "green", "blue", "indigo"]

colors.push "violet"
=> ["red", "green", "blue", "indigo", "violet"]

colors.pop
=> "violet"

colors.pop
=> "indigo"

基于先进后出原则。

数组插入元素：

colors = ["red", "green", "blue"]
=> ["red", "green", "blue"]

colors.insert( 1, "orange" )
=> ["red", "orange", "green", "blue"]

基于下标来删除元素：

colors = ["red", "green", "blue"]
=> ["red", "green", "blue"]

colors.delete_at(1)
=> "green"

colors
=> ["red", "blue"]

基于元素内容来删除：

colors = ["red", "green", "blue"]
=> ["red", "green", "blue"]

colors.delete("red")
=> "red"

colors
=> ["green", "blue"]

最后是排序：

numbers = [1, 4, 6, 7, 3, 2, 5]
=> [1, 4, 6, 7, 3, 2, 5]

numbers.sort
=> [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]

布尔和Nil

true 和 false 为两个布尔型的值，与其他语言理解有差别的是，除了 false 和 nil 外，其他值都为 true:

!true   # false
!false  # true
!nil    # true
!0      # false
![]     # false

nil 表示空值对象。对于值判空操作可调用 nil? 方法：

false.nil?   # false
nil.nil?    # true

需要注意的是，Ruby3中的nil是一个对象，表示没有任何东西的对象，而不是没有对象。nil与nil的比较无论是==还是eql?都返回true。

结语

字符、数字、布尔是不可变对象，而字符串、数组、哈希是可变对象，Ruby3中所有不可变对象的多个同值对象，都会指向同一个对象的内存地址。例如所有的1数值都是同一个对象，所有的nil、布尔值相同的字符对象也都是指向同一个对象，这也导致了Ruby3中不支持++或者--这样的操作，因为这要求在内存地址中指向的原对象进行增减操作，造成对象引用混乱的现象。