18.09.2020 08:30
Nondv 8 3500 Источник

image


В моем посте Implementing numbers in "pure" Ruby ("Разрабатываем числа на "чистом" Ruby") я обозначил рамки, которые разрешали использовал базовые вещи из Ruby вроде оператора равенства, true/false, nil, блоки и т.п.


Но что, если бы у нас вообще ничего не было? Даже базовых операторов вроде if и while? Приготовьтесь к порции чистого объектно-ориентированного безумия.


Рамки


  • Можем определять классы и методы
  • Мы должны писать код так, будто в Ruby нет никаких готов классов из коробки. Просто представьте, что мы начинаем с абсолютного нуля. Даже nil не существует
  • Единственный оператор, который мы можем использовать — присваивание (x = something).

Никакого if-оператора? Серьезно? Он есть даже у процессоров!


Условные операторы важны — они являются основой логики для наших программ. Как же справляться без них? Я придумал такое решение: мы можем интегрировать логику во ВСЕ объекты


Сами подумайте, в динамических языках вроде Ruby логические выражения не обязательно должны вычисляться в какой-нибудь класс вроде "Boolean". Вместо этого, эти языки считают любой объект правдимым кроме некоторых особых случаев (nil и false в Ruby;
false, 0 и '' в JS). Именно поэтому добавление этого функционала не так уж дико, как кажется на первый взгляд. Но давайте начнем.


Базовые классы


Давайте создадим самый базовый класс, который будет предком всего остального:


class BaseObject
  def if_branching(then_val, _else_val)
    then_val
  end
end

Метод if_branching — основа нашей логической системы. Как видите, мы сразу же предполагаем, что любой объект правдив, так что мы возвращаем then_val.


Что насчет лжи? Давайте начнем с null:


class NullObject < BaseObject
  def if_branching(_then_val, else_val)
    else_val
  end
end

То же самое, но возвращаем второй параметр.


В Ruby практически все классы наследуются от класса Object. Но на самом деле есть другой класс по имени BasicObject, который находится даже выше в иерархии. Давайте сымитируем этот стиль и создадим наш собственный Object:


class NormalObject < BaseObject
end

Все, что мы определим позже должно быть унаследовано от NormalObject. Потом мы можем добавить в него глобальные вспомогательные методы (вроде #null?).


If-выражения


Всего этого уже достаточно для того, чтобы определить наши if-выражения:


class If < NormalObject
  def initialize(bool, then_val, else_val = NullObject.new)
    @result = bool.if_branching(then_val, else_val)
  end

  def result
    @result
  end
end

И все! Я серьезно. Оно просто работает.


Гляньте вот этот пример:


class Fries < NormalObject
end

class Ketchup < NormalObject
end

class BurgerMeal < NormalObject
  def initialize(fries = NullObject.new)
    @fries = fries
  end

  def sauce
    If.new(@fries, Ketchup.new).result
  end
end

BurgerMeal.new.sauce # ==> NullObject
BurgerMeal.new(Fries.new).sauce # ==> Ketchup

Возможно, вы уже думаете: "каким боком нам это полезно, если мы не можем использовать с ним блоки кода?". И что насчет "ленивости"?


Ознакомьтесь с этим примером:


# Псевдокод
if today_is_friday?
  order_beers()
else
  order_tea()
end

# Наш If класс
If.new(today_is_friday?, order_beers(), order_tea()).result

В нашем примере мы закажем пиво ВМЕСТЕ с чаем вне зависимости от дня недели. Это происходит из-за того, что аргументы вычисляются до передачи в конструктор.


И это (ленивость) очень важный механизм, т.к. без него наши программы были бы медленные и даже неправильные.


Решением этого является просто оборачивание кода в другой класс. Позже я буду называть такие обертки процедурами (ориг. "callable"):


class OrderBeers
  def call
    # do something
  end
end

class OrderTea
  def call
    # do something else
  end
end

If.new(today_is_friday?, OrderBeers.new, OrderTea.new)
  .result
  .call

Собственно, код не будет исполнен, пока мы явно не вызовем метод #call. Вот и все. Таким образом мы можем комбинировать сложную логику и наш класс If.


Булевы типы (просто потому, что мы можем)


У нас уже есть логические типы (null и все остальное), но было бы неплохо добавить специальные булевы классы для выразительности. Приступим:


class Bool < NormalObject; end

class TrueObject < Bool; end

class FalseObject < Bool
  def if_branching(_then_val, else_val)
    else_val
  end
end

Мы определили собирательный класс Bool, класс TrueObject без какой либо логики (она не нужна, т.к. любой экземпляр этого класса уже автоматически будет считаться правдивым) и класс
FalseObject, переопределяющий #if_branching так же, как и NullObject.


Вот и все. У нас есть специальные булевы классы. Я еще добавил логическое НЕ для удобства:


class BoolNot < Bool
  def initialize(x)
    @x = x
  end

  def if_branching(then_val, else_val)
    @x.if_branching(else_val, then_val)
  end
end

Оно всего-лишь "переворачивает" аргументы для #if_branching. Просто, но очень полезно.


Циклы


Окей, другая важная вещь в языках программирования — циклы. Мы можем добиться цикличности с помощью рекурсии. Но давайте напишем специальный оператор While.


В целом он выглядит так:


while some_condition
  do_something
end

Что может быть описано вот так: "если условие выполнено, то сделай вот это и повтори цикл".


Интересная особенность в нашем случае то, что условие должно быть динамичным — оно должно быть в состоянии меняться между шагами цикла. Процедуры спешат на помощь!


class While < NormalObject
  def initialize(callable_condition, callable_body)
    @cond = callable_condition
    @body = callable_body
  end

  def run
    is_condition_satisfied = @cond.call
    If.new(is_condition_satisfied,
           NextIteration.new(self, @body),
           DoNothing.new)
      .result
      .call
  end

  # Запускает "тело" и потом снова While#run.
  # Таким образом цикличность определена рекурсивно
  # (жаль, что хвостовая рекурсия не оптимизирована)
  class NextIteration < NormalObject
    def initialize(while_obj, body)
      @while_obj = while_obj
      @body = body
    end

    def call
      @body.call
      @while_obj.run
    end
  end

  class DoNothing < NormalObject
    def call
      NullObject.new
    end
  end
end

Программа для примера


Давайте создадим связные списки и функцию, которая считает сколько в списке null-объектов.


Список


Ничего особенного:


class List < NormalObject
  def initialize(head, tail = NullObject.new)
    @head = head
    @tail = tail
  end

  def head
    @head
  end

  def tail
    @tail
  end
end

Еще нам нужно как-то его обходить (никаких #each с блоком в этот раз!). Давайте создадим класс, который будет этим заниматься:


#
# Позволяет обойти лист один раз
#
class ListWalk < NormalObject
  def initialize(list)
    @left = list
  end

  def left
    @left
  end

  # Возвращает текущую голову и присваивает хвост к current.
  # Возвращает null если конец достигнут
  def next
    head = If.new(left, HeadCallable.new(left), ReturnNull.new)
             .result
             .call
    @left = If.new(left, TailCallable.new(left), ReturnNull.new)
              .result
              .call
    head
  end

  def finished?
    BoolNot.new(left)
  end

  class HeadCallable < NormalObject
    def initialize(list)
      @list = list
    end

    def call
      @list.head
    end
  end

  class TailCallable < NormalObject
    def initialize(list)
      @list = list
    end

    def call
      @list.tail
    end
  end

  class ReturnNull < NormalObject
    def call
      NullObject.new
    end
  end
end

Думаю, основная логика вполне проста. Нам также понадобились вспомогательные процедуры для #head и #tail, чтобы избежать null-pointer ошибок (даже при том, что наш null на самом деле не null, мы все равно рискуем вызвать несуществующий метод).


Счетчик


Просто объект, который будет использоваться для подсчетов:


class Counter < NormalObject
  def initialize
    @list = NullObject.new
  end

  def inc
    @list = List.new(NullObject.new, @list)
  end

  class IncCallable < NormalObject
    def initialize(counter)
      @counter = counter
    end

    def call
      @counter.inc
    end
  end

  def inc_callable
    IncCallable.new(self)
  end
end

У нас пока нет чисел и я решил не тратить время на их создание. Вместо этого я использовал списки (гляньте мой пост про создание чисел здесь).


Интересная штука здесь — метод #inc_callable. Мне кажется, если бы мы хотели разработать наш собственный "язык" со всеми этими базовыми классами, то это могло быть принятым соглашанием добавлять методы, оканчивающиеся на _callable и возвращающие процедуру. Это что-то вроде передачи функций в качестве аргументов в функциональном программировании.


Считаем null в списках


Для начала нам нужна проверка на null. Мы можем добавить ее в NormalObject и NullObject как вспомогательный метод #null? (схожий с #nil? из Ruby):


class NormalObject < BaseObject
  def null?
    FalseObject.new
  end
end

class NullObject < BaseObject
  def null?
    TrueObject.new
  end
end

Ну а теперь мы можем определить наш null-счетчик:


#
# Возвращает счетчик, увеличенный раз за каждый NullObject в списке
#
class CountNullsInList < NormalObject
  def initialize(list)
    @list = list
  end

  def call
    list_walk = ListWalk.new(@list)
    counter = Counter.new

    While.new(ListWalkNotFinished.new(list_walk),
              LoopBody.new(list_walk, counter))
         .run

    counter
  end

  class ListWalkNotFinished < NormalObject
    def initialize(list_walk)
      @list_walk = list_walk
    end

    def call
      BoolNot.new(@list_walk.finished?)
    end
  end

  class LoopBody < NormalObject
    class ReturnNull < NormalObject
      def call
        NullObject.new
      end
    end

    def initialize(list_walk, counter)
      @list_walk = list_walk
      @counter = counter
    end

    def call
      x = @list_walk.next
      If.new(x.null?, @counter.inc_callable, ReturnNull.new)
        .result
        .call
    end
  end
end

Вот и все. Мы можем скормить ему любой список и он подсчитает количество null-объектов в нем.


Заключение


Объектно-ориентированное программирование — очень интересный концепт и, видимо, очень мощный. Мы, по сути, создали язык программирования (!), используя только лишь чистое ООП без каких-либо дополнительных операторов. Все, что нам нужно было: способ создать класс и переменные. Другая прикольная фишка — у нас нет никаких примитивов в нашем языке (например, у нас нет null, вместо этого мы просто создаем экземплярNullObject). О, чудеса программирования...


Код можно найти в моем репозитории experiments.