Ruby中是否有浮点数立即值？

Question

根据Ruby FAQ，fixnum（代表整数）、boolean 和 nil 都是即时值。我理解中，一个持有即时值的对象无论被分配给多少个变量，始终完全相同。这在Ruby中很容易验证：

# Immediate values
i1 = 1
i2 = 1
i1.object_id  # the same as i2's id
i2.object_id  # the same as i1's id

# Not immediate values
s1 = "1"
s2 = "1"
s1.object_id  # NOT the same as s2's id
s2.object_id  # NOT the same as s1's id

float 看起来也是立即值：

f1 = 2.1
f2 = 2.1
f1.object_id  # the same as f2's id
f2.object_id  # the same as f1's id

然而，我找不到任何关于float是立即值的参考文献。在Ruby中，float是立即值吗？float在Ruby中是如何工作的？

- molexi

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这里有相关内容（https://www.ruby-lang.org/en/documentation/faq/6/），在“语法”下的第一项。浮点数不是立即值。请参阅此处的页面264（http://www.cs.uni.edu/~wallingf/teaching/agile-may2010/ruby/programming-ruby.pdf）以获取有关实现的信息。 - Cary Swoveland

如果您发现任何答案有帮助，请选择您喜欢的答案。 - Cary Swoveland

Answer 1

在Ruby中不存在“立即值”的概念

现在，你可能会问：“为什么Ruby FAQ谈到了立即值，而Ruby并没有立即值？”这个问题的答案是，不幸的是，在Ruby社区的很多文档中，混淆了被称为“Ruby”的编程语言的概念和许多Ruby实现之一的概念，这个实现也经常被称为“Ruby”，尽管它的“官方”名称是“YARV”。

例如，如果你查看ISO/IEC 30170:2012 信息技术-编程语言-Ruby规范，你将找不到任何有关立即值的提及，无论是以这个名字还是以其他任何名字类似的概念。它们根本不存在。

请注意，在你链接到的关于立即值的部分中，还有以下警告：

这个部分或其中的某些部分可能已经过时或需要确认。

所以，我们有两个问题：

1. 这一部分仅涉及 Ruby 的一个具体实现，而不是所有实现，但它并没有明确说明这一点；
2. 即便是与具体实现有关的信息也已过时。

在当前版本的 YARV 中，Fixnum 已经不存在了。过去，Integer 是一个抽象类，有两个具体子类：Fixnum 和 Bignum。 Fixnum 是立即数，而 Bignum 则不是。

然而，根据你是在32位还是64位运行，完全相同的文字可能是Fixnum（即立即值），也可能是Bignum。在32位系统上，Fixnum可以存储31位，在64位系统上，Fixnum可以存储63位。请注意，这仅适用于YARV，例如JRuby将在32位和64位平台上都存储64位（不仅仅是63位）。

现在，Fixnum和Bignum已不存在，Integer是一个具体类，而不是抽象类。但是，优化实际上仍在进行：YARV在32位系统上仍将31位的Integer 优化 为fixnum，在64位系统上将63位的Integer 优化，而JRuby则 仍然 优化64位的Integer。

JRuby长期以来一直优化了Float。在JRuby中，Float是即时值。然而，在YARV中，没有这样的优化。 Float不是即时值。然而，最近，YARV引入了flonum的概念。Flonum是适合于62位的Float。 Flonum是即时值。此外，此优化仅在64位平台上执行，在32位平台上完全禁用flonum。

还要注意的是，FAQ完全忽略了Symbol，它们是许多实现中的即时值，包括YARV。

因此，回答您的问题：

Ruby中的float是即时值吗？

不是。也许。有些时候是。

如果您所说的“Ruby”是指“Ruby编程语言”，则Float在Ruby中不是即时值。 Ruby Language没有即时值的概念。

也许在Ruby中，Float是立即值，也可能不是，如果你指的是“所有现有的Ruby实现集合”，则情况各不相同。在一些实现中，在某些情况下，一些Float值可能是或可能不是立即值。

如果你指的是“YARV”，一些Float值有时是立即值。在64位平台上，Float的一个子集是立即值，但并非全部。在32位平台上，没有任何Float是立即值。

这是无关紧要的。

你只能通过变异来确定一个值是否为立即值。但是，所有进行此类优化的值都是不可变的，不能有实例变量，也不能有单例方法或单例类。

因此，实际上不可能确定某个东西是否为立即值。这是一个私有的内部优化细节。

这意味着你可以完全忽略这个概念，因为它无法使你的程序运行不同。

那么object_id呢？

首先：Object#object_id 是一个可恶的东西，它不应该存在。最好忘记你曾经听说过它。

它违反了面向对象编程的基本原则之一，即模拟另一个对象的对象应该与该对象无法区分。（同样适用于BasicObject#equal?。）

但第二个例子是这样的：

# frozen_string_literal: true

# Not immediate values
s1 = '1'
s2 = '1'

s1.object_id
#=> 60
# SAME as `s2`'s id

s2.object_id
#=> 60
# SAME as `s1`'s id

糟糕，我破坏了你的测试：冻结的String字面值不是直接对象，但它们会自动去重。

- Jörg W Mittag

Answer 2

在YARV中，具有立即值的对象与其类似于内部VALUE的object_id密切相关。(参见为Ruby创建扩展库)

具有“立即值”的对象完全编码在其VALUE中。因此，这种对象在每个Ruby进程中具有相同的object_id。(使用相同的Ruby二进制文件)

从Ruby中，调用ObjectSpace._id2ref是检索这些对象的一种方法：(如果您继续循环，这也将枚举来自核心和stdlib的非立即对象)

0.upto(31) do |i|
  printf('%08b  ', i)
  begin
    obj = ObjectSpace._id2ref(i)
    printf('%-10s %s', obj.class, obj.inspect)
  rescue RangeError
    print('-')
  end
  puts
end

输出：（在64位机器上）

00000000  FalseClass false
00000001  Integer    0
00000010  Float      2.0
00000011  Integer    1
00000100  -
00000101  Integer    2
00000110  Float      -2.0
00000111  Integer    3
00001000  NilClass   nil
00001001  Integer    4
00001010  Float      2.0000000000000004
00001011  Integer    5
00001100  -
00001101  Integer    6
00001110  Float      -2.0000000000000004
00001111  Integer    7
00010000  -
00010001  Integer    8
00010010  Float      2.000000000000001
00010011  Integer    9
00010100  TrueClass  true
00010101  Integer    10
00010110  Float      -2.000000000000001
00010111  Integer    11
00011000  -
00011001  Integer    12
00011010  Float      2.0000000000000013
00011011  Integer    13
00011100  -
00011101  Integer    14
00011110  Float      -2.0000000000000013
00011111  Integer    15

你可以看到三种类型的物体：

1. false, true and nil

   00000000  FalseClass false
   00001000  NilClass   nil
   00010100  TrueClass  true
   

2. Integers:

   00000001  Integer    0
   00000011  Integer    1
   00000101  Integer    2
   00000111  Integer    3
   

3. Floats:

   00000010  Float      2.0
   00000110  Float      -2.0
   00001010  Float      2.0000000000000004
   00001110  Float      -2.0000000000000004
   

在64位机器上，object_id是一个可以容纳64位的unsigned long。

整数的object_id以二进制1结尾，因此还剩下63位来表示整数值，其范围为：

-4611686018427387904..4611686018427387903

超出该范围的整数成为非立即对象。

浮点数的object_id以二进制10结尾，因此还有62位用于编码浮点值，这涵盖了所有（双精度）浮点数的1/4。在内部，它们被称为“flonum”。

YARV在64位机器上的Ruby 2.0中引入了flonum。

- Stefan