Rubyシングルトンパターンいろいろ + Railsでの使用例

Rubyでのシングルトンの定義はいろいろあります。カウントアップを実現する例をいくつかの方法で書いてみました。


この記事を書くにあたって以下の記事を参考にしました。
Singleton Classes in Ruby - RUBY EYE FOR JAVA GUY
ここで書かれているRubyのシングルトンクラスを定義するためのいくつかの前提知識は割愛しました。理解が甘いなと感じた場合は読んでみてください。

シングルトンいろいろ

シングルトンメソッドを利用する方法

クラス変数/メソッドを利用する方法

view plainprint?

1. class MyCount  
2.   @@count = 0;  
3.   
4.   def self.up  
5.     @@count += 1  
6.   end  
7.   
8. end  
9.   
10. puts MyCount.up #=> 1  
11. puts MyCount.up #=> 2  

class MyCount
  @@count = 0;

  def self.up
    @@count += 1
  end

end

puts MyCount.up #=> 1
puts MyCount.up #=> 2

シンプルにクラスに対してシングルトンメソッドを定義しています。別の言い方をするとClassクラスのインスタンスであるMyCountにシングルトンメソッドを定義しています。


クラスへの仕様追加は以下の方法でもできます。ただし、def MyCount.upからMyCountクラスのクラス変数を参照することができないのでMyCount.up内で定義しています。

view plainprint?

1. class MyCount; end  
2.   
3. def MyCount.up  
4.   @@count ||= 0  
5.   @@count +=1  
6. end  

class MyCount; end

def MyCount.up
  @@count ||= 0
  @@count +=1
end

シングルトンクラスを利用する方法

暗示的にシングルトンクラスを生成する

view plainprint?

1. my_count = Object.new  
2. def my_count.up  
3.   @@count ||=0   
4.   @@count += 1  
5. end  
6.   
7. puts my_count.up  
8. puts my_count.up  

my_count = Object.new
def my_count.up
  @@count ||=0 
  @@count += 1
end

puts my_count.up
puts my_count.up

この例と先に挙げたdef self.upの例との違いは何でしょうか？self.upはクラスにupというシングルトンメソッドを定義しています。それに対してmy_count.upの場合、upがmy_countに対して定義されたとき新しく無名クラスがそのオブジェクトとクラスの間に挿入します。その無名クラスをシングルトンクラスと呼びます。これはあるオブジェクトに対して最初にメソッドが定義された時に起こります。

my_count.upを呼ぶとき、インタープリタは定義を見つけるために最初に無名クラスを検索し、実装のためにクラスハイラーキーを探します。



- 内部クラス
上記の例で起きていることがイメージできましたでしょうか？次の例を見るとシングルトンクラスがどこにいるか分かりやすくなると思います。

こちらの例は機械猫さんのところから拝借しました。
[ruby][デザパタ]Rubyでデザパタ Singleton編 - 機械猫の日記

view plainprint?

1. class Object  
2.   class MyCount  
3.     @@count=0  
4.     def up  
5.       @@count+=1  
6.     end  
7.   end  
8.   
9.   @@ins = MyCount.new  
10.     
11.   def count  
12.     @@ins  
13.   end  
14. end  
15.   
16. puts count.up  
17. puts count.up  

class Object
  class MyCount
    @@count=0
    def up
      @@count+=1
    end
  end

  @@ins = MyCount.new
  
  def count
    @@ins
  end
end

puts count.up
puts count.up

Objectクラスに内部クラスMyCountが定義されています。@@insはObjectクラスのクラス変数なのでObjectクラス中で一意になります。MyCountが無名である場合を想像してください。厳密には違う場所に定義されます。シングルトンクラスはほぼ内部クラスと似たような振る舞いをしますが、変数のスコープなどに違いがあります。

明示的にシングルトンクラスを生成する

view plainprint?

1. my_count = Object.new  
2.   
3. class << my_count #=> シングルトンクラスを定義して、my_countのインスタンスに仕様を追加  
4.   @@count = 0  
5.   def up  
6.     @@count +=1  
7.   end  
8. end  
9.   
10. puts my_count.up  
11. puts my_count.up  

my_count = Object.new

class << my_count #=> シングルトンクラスを定義して、my_countのインスタンスに仕様を追加
  @@count = 0
  def up
    @@count +=1
  end
end

puts my_count.up
puts my_count.up

class << my_countはmy_countとObjectの間のシングルトンクラスに明示的にアクセスできます。この場合upはシングルトンクラスに対するインスタンスメソッドとなり、my_countに対するシングルトンメソッドとなります。別の言い方をするとシングルトンクラスはシングルトンメソッドを格納するための入れ物になります。この記法はいくつかのシングルトンメソッドをまとめて定義するのに便利です。


インスタンスではなくクラス定義にシングルトンクラスを定義する場合

view plainprint?

1. class MyCount  
2.   class << self  
3.     @@count = 0  
4.     def up  
5.       @@count += 1  
6.     end  
7.   end  
8. end  
9.   
10. puts MyCount.up  
11. puts MyCount.up  

class MyCount
  class << self
    @@count = 0
    def up
      @@count += 1
    end
  end
end

puts MyCount.up
puts MyCount.up

class << selfはself=MyCountに対してシングルトンクラスを定義し、仕様を追加しています。インスタンスにシングルトンクラスを定義する先ほどの例との違いはありません。なぜならRubyでは全てのクラスがオブジェクトだからです。Railsでは明示的にシングルトンクラスをクラス定義内に追加するこの方法が好まれているらしいです。

Singletonモジュールを利用する方法

Singletonモジュールを使うとincludeしたクラス自体をシングルトンクラスにしてくれます。シングルトンメソッドで使用するインスタンス変数はinitializeに書けば参照することができます。newはprivateにされているためインスタンスは生成できません。ClassName.instanceでインスタンスを取得します。

view plainprint?

1. require 'singleton'  
2.   
3. class MyCount  
4.  include Singleton  
5.  def up  
6.   @count+=1  
7.  end  
8.  def initialize  
9.   @count=0  
10.  end  
11. end  
12.   
13. a,b = MyCount.instance, MyCount.instance   
14. puts a == b # => true  
15. # a.new # NoMethodError - new is private …  

require 'singleton'

class MyCount
 include Singleton
 def up
  @count+=1
 end
 def initialize
  @count=0
 end
end

a,b = MyCount.instance, MyCount.instance 
puts a == b # => true
# a.new # NoMethodError - new is private …

Singletonモジュールが何をしているのかはRuby で Singleton - うっかりプログラミング日誌やSingleton - apidock.comを参考にされるとよく理解が進むと思います。

シングルトンクラスを定義したクラスを継承した場合

view plainprint?

1. class MyCount  
2.   class << self  
3.     @@count = 0  
4.     def up  
5.       @@count += 1  
6.     end  
7.   end  
8. end  
9.   
10. MyCount.up  #=> 1  
11.   
12. class Guests < MyCount; end  
13.   
14. Guests.up   #=> 2  

class MyCount
  class << self
    @@count = 0
    def up
      @@count += 1
    end
  end
end

MyCount.up  #=> 1

class Guests < MyCount; end

Guests.up   #=> 2

継承したクラスGuestsのupはMyCountで定義されたシングルトンクラスのupを参照するみたいです。シングルトンクラスはそのまま子クラスに渡されるんですね。

Railsでのシングルトンパターンの例

こちらを参考にしました。
Ruby Singleton Pattern Again - Dalibor Nasevic


シングルトンパターンのRubyでの良い例の一つは、RailsでのInflections クラスの実装でしょう。Railsの異なる場所で使用されている全ての屈折規則(inflection rule - 単語の変換を定義する規則)にグローバルアクセスを与えているのはシングルトンインスタンス（Inflections.instance）です。

まずは呼び出し元のinflectルールの定義から見ていきましょう。

$RAILS_ROOT/config/initializers/inflections.rb

view plainprint?

1. ActiveSupport::Inflector.inflections do |inflect|  
2.   inflect.plural /^(ox)$/i, '\1en'  
3.   # inflect.singular /^(ox)en/i, '\1'  
4.   # inflect.irregular 'person', 'people'  
5.   # inflect.uncountable %w( fish sheep )  
6. end  

ActiveSupport::Inflector.inflections do |inflect|
  inflect.plural /^(ox)$/i, '\1en'
  # inflect.singular /^(ox)en/i, '\1'
  # inflect.irregular 'person', 'people'
  # inflect.uncountable %w( fish sheep )
end

inflectionsというメソッドを屈折規則を定義したブロック付きで呼び出しています。


以下が、簡略化したActiveSupport::Inflectorの定義です。

view plainprint?

1. module ActiveSupport  
2.   module Inflector  
3.     class Inflections  
4.       def self.instance  
5.         @__instance__ ||= new  
6.       end  
7.   
8.       attr_reader :plurals, :singulars, :uncountables, :humans  
9.   
10.       def initialize  
11.         @plurals, @singulars, @uncountables, @humans = [], [], [], []  
12.       end  
13.   
14.       def plural(rule, replacement)  
15.         @uncountables.delete(rule) if rule.is_a?(String)  
16.         @uncountables.delete(replacement)  
17.         @plurals.insert(0, [rule, replacement])  
18.       end  
19.   
20.       def singular(rule, replacement); end  
21.       def irregular(singular, plural); end  
22.       def uncountable(*words); end  
23.       def human(rule, replacement); end  
24.       def clear(scope = :all); end  
25.     end  
26.   
27.     # Yields a singleton instance of Inflector::Inflections   
28.     # so you can specify additional inflector rules.  
29.     def inflections  
30.       if block_given?  
31.         yield Inflections.instance  
32.       else  
33.         Inflections.instance  
34.       end  
35.     end  
36.   
37.     def pluralize(word)  
38.       result = word.to_s.dup  
39.   
40.       if word.empty? || inflections.uncountables.include?(result.downcase)  
41.         result  
42.       else  
43.         inflections.plurals.each { |(rule, replacement)| break if result.gsub!(rule, replacement) }  
44.         result  
45.       end  
46.     end  
47.   
48.     def singularize(word); end  
49.     def humanize(lower_case_and_underscored_word); end  
50.     def titleize(word); end  
51.     def tableize(class_name); end  
52.     def classify(table_name); end  
53.   end  
54. end  

module ActiveSupport
  module Inflector
    class Inflections
      def self.instance
        @__instance__ ||= new
      end

      attr_reader :plurals, :singulars, :uncountables, :humans

      def initialize
        @plurals, @singulars, @uncountables, @humans = [], [], [], []
      end

      def plural(rule, replacement)
        @uncountables.delete(rule) if rule.is_a?(String)
        @uncountables.delete(replacement)
        @plurals.insert(0, [rule, replacement])
      end

      def singular(rule, replacement); end
      def irregular(singular, plural); end
      def uncountable(*words); end
      def human(rule, replacement); end
      def clear(scope = :all); end
    end

    # Yields a singleton instance of Inflector::Inflections 
    # so you can specify additional inflector rules.
    def inflections
      if block_given?
        yield Inflections.instance
      else
        Inflections.instance
      end
    end

    def pluralize(word)
      result = word.to_s.dup

      if word.empty? || inflections.uncountables.include?(result.downcase)
        result
      else
        inflections.plurals.each { |(rule, replacement)| break if result.gsub!(rule, replacement) }
        result
      end
    end

    def singularize(word); end
    def humanize(lower_case_and_underscored_word); end
    def titleize(word); end
    def tableize(class_name); end
    def classify(table_name); end
  end
end

ActiveSupport::Inflector.inflectionsは29行目のinflectionsメソッドを呼び出します。ブロックが定義されている場合は、シングルトンインスタンスであるInflections.instanceを引数にブロックを実行します。先ほどのブロック内をもう一度見てください。inflectを引数に取っています。Inflections.instanceが代入され、inflect.plural /^(ox)$/i, '\1en'が実行されます。

inflectはInflector::Inflectionsのインスタンスです。Inflector::Inflectionsはインスタンス変数に屈折規則を格納した配列を保持しています。１４行目のpluralメソッドを参照してみましょう。Inflector::Inflectionsのインスタンス変数@pluralsに新しい屈折規則が追加されます。

実際の変換はActiveSupport::Inflector.pluralizeで行います。43行目の行頭ではinflectionsを引数なしで呼び出しており、33行目のとおりInflector.instanceを返します。gsub!はマッチが無い場合nilを返します。マッチする規則が発見された場合は結果を返しbreakしています。

Inflector.inflectionsメソッドは"単／複数規則を定義するとき"、"Inflector::Inflectionsのインスタンスを取得したいとき"の二通りの使われ方をしています。どこからも単／複数形の規則を追加できる、その定義が全ての呼び出しに反映されるというのがシングルトンを使う利点です。こんな風に適所、シングルトンパターンを使うタイミングを思いつくでしょうか？この”どこからも”というのがシングルトンパターンを使うべき時の"匂い"になるでしょう。


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