Ruby căn bản - Objects and classes

Ở các bài viết trước, chúng ta đã tìm hiểu về khá nhiều loại Ruby objects khác nhau. Trong bài viết này, ta sẽ tìm hiểu về Ruby classes. Trong đó, ta sẽ tạo ra các object, và method của riêng nó.

Defining classes

Ta biết rằng, Ruby objects có thể được tạo ra bằng cách sử dụng class name và new constructor method:

>> String.new("Madam, I'm Adam.")
=> "Madam, I'm Adam."
>> Time.new(1969, 7, 20, 20, 17, 40)
=> 1969-07-20 20:00:00 -0700

Và ta có thể tạo ra class riêng của mình bằng cách sử dụng 3 thành phần cơ bản:

1. Sử dụng class keyword để định nghĩa class.
2. Sử dụng method đặc biệt là initialize để chỉ định hành vi của new.
3. Sử dụng attribute accessor (attr_accessor) để cho phép getting và setting các attributes.

Ta sẽ đi vào một ví dụ cụ thể với Phrase class với content attribute. Ta sẽ viết nó trong file palindrome.rb:

# Defines a Phrase class.
class Phrase
end

phrase = Phrase.new
puts phrase

Ở đây Phrase class đã tự động có new method vì nó đã thực hiện kế thừa (inheritance), chi tiết ta sẽ tìm hiểu thêm ở phần sau. Sau đó, lệnh puts sẽ in ra mã trừu tượng của class như sau:

$ ruby palindrome.rb
#<Phrase:0x00007fa3d30a3e98>

Chú ý rằng, không giống như variables và methods là sử dụng quy tắc đặt tên kiểu snake_case, tên class sẽ sử dụng quy tắc CamelCase (viết hoa chữ đầu).
CamelCase nghĩa là những chữ viết hoa là tương tự như cái bướu của con lạc đà vậy, từ trước và sau được phân tách - phân biệt bằng chữ hoa thay vì sử dụng ký tự gạch dưới. Ở trên, tên class là Phrase thì chỉ có 1 từ nên nó không thể hiện rõ ràng, nhưng ở phần sau ta sẽ định nghĩa một class mới là TranslatedPhrase.

Tiếp theo, ta sẽ dùng class Phrase để thể hiện một cụm từ là “Madam, I’m Adam.”, cụm từ đạt tiêu chuẩn là một palindrome cho dù nó không giống nhau hoàn toàn khi xem theo chiều ngược và xuôi. Đầu tiên, ta sẽ định nghĩa một Phrase constructor function, nhận vào một đối số (là content) và set thuộc tính content. Tương tự như thuộc tính length của String objects, ta có thể truy cập content bằng cách sử dụng dấu chấm.
Để làm cho code chạy được, đầu tiên ta cần định nghĩa initialize method, hàm này được gọi khi ta khởi tạo object bằng cách sử dụng Phrase.new:

# Defines a Phrase class.
class Phrase

  def initialize(content)
    @content = content
  end
end

phrase = Phrase.new("Madam, I'm Adam.")
puts phrase.content

Ở trên, ta đã khởi tạo một instance variable @content, loại biến này có ký tự @ đằng trước. Thoạt nhìn, ta nghĩ rằng, chương trình sẽ tự động cho phép ta liên kết với biến với một object attribute. Nhưng, ta hãy chạy thử code bên trên xem sao nhé:

$ ruby palindrome.rb
Traceback (most recent call last):
palindrome.rb:15:in `<main>': undefined method `content' for
#<Phrase:0x00007fe8c70a3db0 @content="Madam, I'm Adam."> (NoMethodError)

Bởi vì là ta chỉ mới có mỗi một biến là @content nên Ruby sẽ không hiểu cái gì sẽ tạo ra phrase.content cho nên nó sẽ bắn ra một NoMethodError exception.
Cách để fix vấn đề này đó là ta sẽ thêm accessor methods (nó được biết đến như là getter/setter method), nó cho phép ta truy cập (“get”) và gán giá trị (“set”) vào thuộc tính đã khai báo. Trong Ruby, ta có cú pháp là attr_accessor (“attribute accessor”).

# Defines a Phrase class.
class Phrase
  attr_accessor :content

  def initialize(content)
   @content = content
  end
end

phrase = Phrase.new("Madam, I'm Adam.")
puts phrase.content

Chú ý rằng, đối số attr_accessor ở đây là một symbol, và Ruby sẽ tự động liên kết nó với instance variable có cùng tên giống nhau. Ở đoạn code bên trên, phrase.content đã dùng giá trị của @content instance variable.
Điều quan trọng là phải hiểu được cách dùng content như thế nào, cái nào thì tên phải giống nhau, cái nào thì không cần. Ở đây, để cho content attribute chạy được thì 3 thành phần :content, @content, và phrase.content phải có tên giống nhau (trong trường hợp này nó tên là content). Tuy nhiên, tên của đối số ở hàm constructor initialize thì bạn có thể đặt bất cứ tên gì bạn muốn (Để cho tiện, thì ta cũng đều đã đặt tên là content). Mối quan hệ này được minh họa trong hình dưới đây:

Khi chạy code, ta thu được kết quả như sau:

$ ruby palindrome.rb
Madam, I'm Adam.

Bên cạnh đó, ta cũng có thể gán giá trị trực tiếp cho content bằng cách dùng ký hiệu dấu chấm.

# Defines a Phrase class.
class Phrase
  attr_accessor :content

  def initialize(content)
   @content = content
  end
end

phrase = Phrase.new("Madam, I'm Adam.")
puts phrase.content

phrase.content = "Able was I, ere I saw Elba."
puts phrase.content

Và thu được kết quả như mong muốn:

$ ruby palindrome.rb
Madam, I'm Adam.
Able was I, ere I saw Elba.

Tiếp theo, ta sẽ khôi phục lại method palindrome? đã viết ở bài trước, và xóa các dòng puts đi như ở dưới đây:

# Returns true for a palindrome, false otherwise.
def palindrome?(string)
  processed_content = string.downcase
  processed_content == processed_content.reverse
end

# Defines a Phrase class.
class Phrase
  attr_accessor :content

  def initialize(content)
    @content = content
  end
end

Để check xem có lỗi gì không, ta có một cách tiện lợi là mở irb lên để check:

>> load "./palindrome.rb"
>> phrase = Phrase.new("Racecar")
>> phrase.content
=> "Racecar"
>> palindrome?(phrase.content)
=> true

Bước tiếp theo, ta sẽ move palindrome? function vào Phrase object - thêm nó như là một method. Và ta cần sửa method đó thành không nhận đối số, và dùng Phrase content thay vì biến string. Chi tiết như sau:

# Defines a Phrase class.
class Phrase
  attr_accessor :content

  def initialize(content)
    @content = content
  end

  # Returns true for a palindrome, false otherwise.
  def palindrome?
    processed_content = self.content.downcase
    processed_content == processed_content.reverse
  end
end

Từ đoạn code trên ta thấy, từ bên trong method palindrome? ta có thể truy cập giá trị của content bằng cách sử dụng self object, nó là một thể hiện của chính class đó. Nói cách khác, khi ta viết : phrase = Phrase.new("Racecar") ta có thể truy cập vào thuộc tính của phrase bên trong Phrase class có sử dụng self. Kết quả là, ta có thể gọi method palindrome? trên phrase object, như dưới đây:

>> load "./palindrome.rb"
>> phrase = Phrase.new("Racecar")
>> phrase.palindrome?
=> true

-> Vậy là nó in ra đúng kết quả mong muốn, phrase object đã được khởi tạo với giá trị là "Racecar" thì đúng là một palindrome.

Inheritance

Khi tìm hiểu về Ruby class, nhất định ta phải tìm hiểu về class hierarchy (phân cấp lớp) bằng cách sử dụng class và superclass methods. Hãy cùng tìm hiểu về ý nghĩa của nó trong trường hợp một class rất quen thuộc là, String:

>> s = String.new("foobar")
=> "foobar"
>> s.class                        # Find the class of s.
=> String
>> s.class.superclass             # Find the superclass of String.
=> Object
>> s.class.superclass.superclass  # Ruby has a BasicObject base class as of 1.9
=> BasicObject
>> s.class.superclass.superclass.superclass
=> nil

Dưới đây là inheritance hierarchy (hệ thống phân cấp kế thừa) của class String:

Ta thấy rằng, superclass của String là Object, supperclass của Object là BasicObject, nhưng BasicObject sẽ không có supperclass. Và đây là pattern đúng với mọi Ruby object: Truy theo cấu trúc class thì mọi class trong Ruby cuối cùng đều kế thừa từ BasicObject và không còn supper class nào nữa. Và ý nghĩa cuối cùng đó là "mọi thứ trong Ruby đều là object".
Cách mà hệ thống phân cấp class của Ruby hoạt động đó là, mỗi class sẽ kế thừa thuộc tính và method của class cao hơn trong hệ thống phân cấp. Ví dụ, vừa rồi ta vừa xem cách tìm ra class của String object:

>> "honey badger".class
=> String

Vậy thì bản thân class method được định nghĩa hay đến từ đâu ? Câu trả lời là, String kế thừa class từ Object. Điều này đã được mô tả trong Documentation of Object - hoặc xem ảnh trích dẫn dưới đây:

Từ trên, ta thấy rằng do String kế thừa từ Object nên nó tự động có class method (và các Object methods khác.) Ở trong phiên bản cũ hơn của Ruby, Object là base của tất cả các class, nhưng Object có rất nhiều method và kinh nghiệm chỉ ra rằng trong một số ứng dụng, ta sử dụng BasicObject class sẽ tiện lợi hơn.
Quay trở lại với Phrase class được định nghĩa bên trên. Phrase có thuộc tính content, và phrase thực sự là string, và điều này gợi ý rằng nó kế thừa từ String class. (Nói theo thuật ngữ của lập trình hướng đối tượng, thì đây là mối quan hệ is-a). Các kế thừa trong Ruby đó là sử dụng ký hiệu ngoặc nhọn bên trái <. Chú ý rằng, ở đoạn code dưới đây, ta sẽ thay thế self.content.downcase thành self.downcase, bởi vì phrase là một string, self là một string, có nghĩa rằng ta có thể gọi downcase method một cách trực tiếp.

# Defines a Phrase class.
class Phrase < String
  attr_accessor :content

  def initialize(content)
    @content = content
  end

  # Returns true for a palindrome, false otherwise.
  def palindrome?
    processed_content = self.downcase
    processed_content == processed_content.reverse
  end
end

Nếu tinh ý, bạn có thể thấy rằng ta đã không còn sử dụng content nữa, điều này có nghĩa rằng ta có thể loại bỏ hoàn toàn attribute accessor và initialize method. Kết quả là, ta có một Phrase class cực kỳ nhỏ gọn:

# Defines a Phrase class (inheriting from String).
class Phrase < String

  # Returns true for a palindrome, false otherwise.
  def palindrome?
    processed_content = self.downcase
    processed_content == processed_content.reverse
  end
end

Ta có thể dùng irb để check xem nó còn hoạt động đúng không :

>> load "./palindrome.rb"
>> phrase = Phrase.new("Racecar")
>> phrase.palindrome?
=> true

Ở đây, new method là thuộc của String - vì ta đã loại bỏ hoàn toàn initialize custom method rồi. Cũng bởi vì Phrase là String nên ta có thể gọi bất kỳ string methods nào.

>> phrase.empty?
=> false
>> phrase.length
=> 7
>> phrase.scan(/c\w/)
=> ["ce", "ca"]

Mối quan hệ giữa Phrase và các class khác trong hệ thông phân cấp, ta có thể xem ở dưới đây:

>> phrase.class
=> Phrase
>> phrase.class.superclass
=> String
>> phrase.class.superclass.superclass
=> Object
>> phrase.class.superclass.superclass.superclass
=> BasicObject

Ta có thể minh họa cấu trúc phân cấp kế thừa của Phrase class bằng hình ảnh dưới đây:

Derived classes

Dựa trên kiến thức về kế thừa ở trên, ta sẽ tạo ra một class kế thừa từ Phrase, ta gọi class này là TranslatedPhrase. Ta gọi đây là một derived class (lớp dẫn xuất), mục đích của class này là kế thừa từ Phrase nhiều nhất có thể, đồng thời cho phép ta kiểm tra một cách linh hoạt xem một translation có phải là palindrome hay không.
Ta sẽ tạo ra một method riêng là processed_content từ method palindrome?. Điều này giúp ta tái sử dụng tốt trong mọi trường hợp.

# Defines a Phrase class (inheriting from String).
class Phrase < String

  # Returns content for palindrome testing.
  def processed_content
    self.downcase
  end

  # Returns true for a palindrome, false otherwise.
  def palindrome?
    processed_content == processed_content.reverse
  end
end

Và giờ ta đã sẵn sàng cho việc kế thừa từ Phrase. Và ta bắt đầu bằng cách sử dụng toán tử kế thừa < như sau:

# Defines a translated Phrase.
class TranslatedPhrase < Phrase

end

Kế hoạch của ta là sẽ sử dụng TranslatedPhrase theo cách như thế này: TranslatedPhrase.new("recognize", "reconocer").
Trong đó, đối số đầu tiên là Phrase content, đối số thứ 2 là một translation. Do TranslatedPhrase sẽ cần một thuộc tính translation cho nên ta sẽ tạo initialize và attr_accessor như là với content.

# Defines a translated Phrase.
class TranslatedPhrase < Phrase
  attr_accessor :translation

  def initialize(content, translation)
    @translation = translation
  end
end

Chú ý rằng, initialize nhận vào 2 tham số là content và translation. Ta đã xử lí translation như một thuộc tính bình thường, nhưng ta sẽ phải làm gì với content?
Ở class Phrase bên trên ta đã bỏ nó đi và delegate (ủy quyền ) cho constructor của String class, tuy nhiên trong TranslatedPhrase ta sẽ gọi tới method đặc biệt đó là super:

# Defines a translated Phrase.
class TranslatedPhrase < Phrase
  attr_accessor :translation

  def initialize(content, translation)
    super(content)
    @translation = translation
  end
end

Việc này sẽ gọi tới initialize method của superclass - trong trường hợp này là Phrase class, nhưng trong Phrase lại không có initialize, cho nên nó sẽ tiếp tục tìm kiếm ở lớp bên trên là String class. Khi đó, Ruby sẽ khởi tạo self để có được giá trị được cung cấp bởi content parameter. Kết hợp lại với nhau ta được đoạn code như sau:

# Defines a Phrase class (inheriting from String).
class Phrase < String
  .
  .
  .
end

# Defines a translated Phrase.
class TranslatedPhrase < Phrase
  attr_accessor :translation

  def initialize(content, translation)
    super(content)
    @translation = translation
  end
end

Bởi vì TranslatedPhrase kế thừa từ Phrase, cho nên nó tự động sẽ có tất cả các method của Phrase bao gồm cả palindrome? method. Giờ hãy thử tạo một biến là frase (đọc là "FRAH-seh" đây là tiếng Spanish của "phrase"), và xem nó hoạt động ra sao nhé.

>> load "./palindrome.rb"
>> frase = TranslatedPhrase.new("recognize", "reconocer")
>> frase.palindrome?
=> false

Ta thấy rằng, frase có method palindrome? như đã mô tả ở trên, và nó sẽ return false bởi vì "recognize" không phải là một palindrome.
Nhưng, nếu ta muốn kiểm tra xem translation có phải là một palindrome không, chứ không phải kiểm tra content thì phải làm sao ? Bởi vì ở trên ta đã tách processed_content method thành riêng biệt, cho nên để đạt được được mục đích ta cần overriding processed_content method trong TranslatedPhrase.

# Defines a Phrase class (inheriting from String).
class Phrase < String

  # Returns content for palindrome testing.
  def processed_content
    self.downcase
  end

  # Returns true for a palindrome, false otherwise.
  def palindrome?
    processed_content == processed_content.reverse
  end
end

# Defines a translated Phrase.
class TranslatedPhrase < Phrase
  attr_accessor :translation

  def initialize(content, translation)
    super(content)
    @translation = translation
  end

  # Processes the translation for palindrome testing.
  def processed_content
    self.translation.downcase
  end
end

Điểm mấu chốt ở đoạn code trên là ta đang sử dụng self.translation ở trong method processed_content của TranslatedPhrase, cho nên Ruby sẽ hiểu là sẽ sử dụng nó thay cho method trong Phrase class. Khi chạy thử, ta được kết quả như sau:

>> load "./palindrome.rb"
>> frase = TranslatedPhrase.new("recognize", "reconocer")
>> frase.palindrome?
=> true

Bởi vì "reconocer" là một palindrome, nên kết quả trả về là true. Cấu trúc kế thừa ta có thể tổng quát hóa bằng ảnh dưới đây:

Việc override như thế này, giúp ta có được sự linh hoạt rất tuyệt vời. Ta có thể quan sát quá trình thực thi frase.palindrome? trong 2 trường hợp khác nhau:
Case 1: Check palindrome trong Phrase.

1. frase.palindrome? sẽ gọi palindrome? method cho frase instance, đó là một TranslatedPhrase. Vì không có palindrome? method trong TranslatedPhrase object nên Ruby dùng method trong Phrase.
2. palindrome? method trong Phrase gọi tới processed_content method. Do không có processed_content method trong TranslatedPhrase object nên Ruby dùng method trong Phrase.
3. Kết quả là nó đã so sánh phiên bản đã xử lý của Phrase instance với bản đảo ngược của chính nó. Và do "recognize" không phải là một palindrome nên kết quả trả về là false.

Case 2: Check palindrome trong TranslatedPhrase.

1. frase.palindrome? sẽ gọi palindrome? method cho frase instance, đó là một TranslatedPhrase. Như đã mô tả trong case 1, do không có palindrome? method trong TranslatedPhrase object nên Ruby dùng method trong Phrase.
2. palindrome? method trong Phrase gọi tới processed_content method. Do hiện tại đã có processed_content method trong TranslatedPhrase object, nên Ruby sẽ không dùng method trong Phrase mà sẽ dùng method của TranslatedPhrase.
3. Kết quả là nó đã so sánh phiên bản đã xử lý của self.translation instance với bản đảo ngược của chính nó. Và do "reconocer" là một palindrome nên kết quả trả về là true.

Modifying native objects

Bước cuối cùng về tìm hiểu kế thừa trong Ruby, ta sẽ tìm hiểu cách sửa đổi native Ruby objects (đối tượng Ruby nguyên bản ). Cụ thể là, ta sẽ add thêm palindrome? method vào String để nó như là một method mặc định của String.
Sau đây ta sẽ xóa Phrase class và thêm palindrome? và processed_content method vào String class.
Hãy xem lại Phrase class dưới đây, chú ý rằng, dưới đây ta đã xóa TranslatedPhrase class do ta sẽ không dùng đến nó nữa, và cũng sẽ xóa luôn phần comment ở phía trên Phrase class.

class Phrase < String

  # Returns content for palindrome testing.
  def processed_content
    self.downcase
  end

  # Returns true for a palindrome, false otherwise.
  def palindrome?
    processed_content == processed_content.reverse
  end
end

Thật ngạc nhiên là Ruby cho phép chúng ta mở và modify String class - cho dù nó được chính Ruby tạo ra. Do đó, ta chỉ cần đổi tên Phrase class thành String là ta có thể modify nó rồi. Chi tiết như dưới đây:

class String

  # Returns content for palindrome testing.
  def processed_content
    self.downcase
  end

  # Returns true for a palindrome, false otherwise.
  def palindrome?
    processed_content == processed_content.reverse
  end
end

Và bây giờ, khi chạy code của chúng ta vẫn tìm thấy palindromes method một cách chính xác, với việc dùng String thay cho Phrase.

>> load "./palindrome.rb"
>> napoleonsLament = String.new("Able was I ere I saw Elba")
>> napoleonsLament.palindrome?
=> true

Thậm chí, nhanh gọn hơn nữa ta có thể gọi tới palindromes method trực tiếp trên string:

>> "foobar".palindrome?
=> false
>> "Racecar".palindrome?
=> true
>> "Able was I ere I saw Elba".palindrome?
=> true

Việc làm này giúp ta rất nhanh chóng kiểm tra được một string có là palindromes hay không, tuy nhiên ta phải tự đặt câu hỏi rằng, việc sửa đối String class mặc định như thế, có phải là một ý tưởng tốt hay không. Câu trả lời là điều này còn tùy thuộc vào văn hóa của mỗi ngôn ngữ, nhìn chung Ruby cũng tương đối chấp nhận cho phép ta thêm các method vào native objects (đối tượng mặc định) miễn sao nó không bị lạm dụng. Theo quan điểm của t, ta có thể làm việc này trong những đoạn shell script hoặc dự án nhỏ, tuy nhiên nếu trong dự án lớn, với rất nhiều code logic phức tạp thì điều này là không nên. Do vậy, ta cần căn cứ vào đặc thù dự án của mình.

Modules

Mục cuối cùng chúng ta cùng nhau tìm hiểu về Ruby class modules, (còn được gọi là mixins). Ruby modules cho chúng ta một cách để xác định chức năng chung và sau đó dùng nó trong nhiều class khác nhau. Về khái niệm thì có vẻ hơi trừu tượng, giờ chúng ta sẽ xem xét một ví dụ cụ thể.
Ở trên, ta đã thêm palindrome? method vào String class, và sau đây để đảm bảo processed_content method không bị truy cập tùy tiện từ bên ngoài, ta thiết lập thành private.

class String

  # Returns true for a palindrome, false otherwise.
  def palindrome?
    processed_content == processed_content.reverse
  end

  private

    # Returns content for palindrome testing.
    def processed_content
      self.downcase
    end
end

Hóa ra, không phải có mỗi String có thể là một palindromes, mà Integers cũng có thể là một palindromes. Ví dụ, số 12321 là một palindromes bởi vì nó giống nhau khi viết cả xuôi và ngược. Điều này cho thấy, ta có thể định nghĩa palindrome? method Integer class như sau:

class Integer

  # Returns true for a palindrome, false otherwise.
  def palindrome?
    processed_content == processed_content.reverse
  end

  private

    # Returns content for palindrome testing.
    def processed_content
      self.to_s
    end
end

Chú ý rằng, ta đã sử dụng to_s method để convert trước một integer thành một string để dùng trong palindrome? method. Thực ra, code đối với String và Integer giống hệt nhau, ngoại trừ self.downcase và self.to_s.
Do việc gọi to_s trên string chỉ return về string, và việc gọi downcase trên string của số cũng sẽ chỉ return về số cho nên ta có thể kết hợp 2 method này với nhau như sau: self.to_s.downcase. → code này sẽ hoạt động trên cả string và integer.
Tiếp theo, ta sẽ chuyển phần xử lý bên trên thành module để có thể include - và sử dụng nó trong nhiều class khác nhau:

module Palindrome

  # Returns true for a palindrome, false otherwise.
  def palindrome?
    processed_content == processed_content.reverse
  end

  private

    # Returns content for palindrome testing.
    def processed_content
      self.to_s.downcase
    end
end

Sau đó, ta có thể include Palindrome module vào cả String và Integer classes, khi đó nó có thể tự động nhận tất cả các method của module (trong trường hợp này là palindrome? và the private processed_content method):

module Palindrome

  # Returns true for a palindrome, false otherwise.
  def palindrome?
    processed_content == processed_content.reverse
  end

  private

    # Returns content for palindrome testing.
    def processed_content
      self.to_s.downcase
    end
end

class String
  include Palindrome
end

class Integer
  include Palindrome
end

Và ta có thể dùng irb để kiểm tra như sau:

>> load "./palindrome.rb"
>> "Racecar".palindrome?
=> true
>> 12321.palindrome?
=> true

Tóm lại, Ruby modules là một kỹ thuật cơ bản, phổ biến để loại bỏ sự trùng lặp, và rất nhiều method Ruby quan trọng là thuộc Module chứ không phải class. Ví dụ, các method như map/collect, find_all/select, và reduce/inject— được định nghĩa trong Enumerable module. Kết quả là, bất kỳ class nào include Enumerable vào, như là Array, Range, hay Hash thì nó sẽ tự động nhận được một lượng lớn các method free.

Hết. Chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu các chủ đề khác trong Ruby ở các bài viết lần tới nhé.
Nguồn: Learn-enough