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Ruby 预定义全局变量与常量完全指南：从$!到DATA的源码级剖析

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本指南以 doc/language/globals.md 为骨架，系统梳理 Ruby 语言内置的全部预定义全局变量（如$!、$~、$/、$LOAD_PATH等）与预定义全局常量（如STDIN、ARGV、RUBY_VERSION、DATA等），逐一说明其含义、初始值、可写性、重置时机，并结合当前仓库的 C 源码（ruby.c、io.c、process.c、load.c）与标准库 lib/English.rb 揭示这些特殊变量的底层实现与别名机制。读完本文，你将能熟练运用这些全局变量编写脚本、调试异常、处理命令行输入输出，并理解-0/-a/-F/-l/-p/-d/-v等命令行选项是如何映射到这些变量的。

一、概述：什么是预定义全局变量与常量

Ruby 解释器在启动时预定义了一组全局变量（以$开头）和全局常量（全大写）。它们承载着运行时最核心的状态：最近一次异常、最近一次正则匹配结果、标准输入输出流、进程信息、加载路径、调试开关等。

其中一部分变量带有「密码般」的符号名（如$!、$~、$/），Ruby 提供名为 English 的标准库，为它们提供可读的英文别名（如$ERROR_INFO、$LAST_MATCH_INFO、$INPUT_RECORD_SEPARATOR）。启用方式只有一行：

require 'English'

在 lib/English.rb 中，这些别名全部通过alias关键字实现，例如：

alias $ERROR_INFO $! alias $LAST_MATCH_INFO $~ alias $INPUT_RECORD_SEPARATOR $/ alias $OUTPUT_RECORD_SEPARATOR $\ alias $PROCESS_ID $$ alias $CHILD_STATUS $? alias $ARGV $* alias $MATCH $& alias $PREMATCH $` alias $POSTMATCH $' alias $LAST_PAREN_MATCH $+

从源码可以确认，English模块本身只是一个占位声明（module English end if false，见 lib/English.rb），真正起作用的就是文件顶层的这些alias语句。加载该库后，两种写法完全等价。

阅读表格的方法

原文档为每个变量给出了五列属性：

下文将按「异常、匹配数据、分隔符、流、进程、调试、其他、已废弃」的顺序逐一详解。

二、异常相关：$!与$@

$!（$ERROR_INFO）

$!保存由Kernel#raise设置的 Exception 对象，初始为nil，只读。在rescue块中它指向当前捕获的异常：

begin raise RuntimeError.new('Boo!') rescue RuntimeError p $! end

输出：

#<RuntimeError: Boo!>

英文别名：$ERROR_INFO（由 lib/English.rb 定义）。

$@（$ERROR_POSITION）

$@等价于$!.backtrace，返回由回溯位置组成的数组：

begin raise RuntimeError.new('Boo!') rescue RuntimeError pp $@.take(4) end

输出类似：

["(irb):338:in `<top (required)>'", "/snap/ruby/317/lib/ruby/3.2.0/irb/workspace.rb:119:in `eval'", ...]

英文别名：$ERROR_POSITION。在 lib/English.rb 中注明它是线程局部的（thread local）。底层实现上，这两个变量与解释器维护的「当前异常」状态紧密相关：在 eval.c 中可以看到，当ruby_debug为真且当前异常信息非 nil 时，解释器会把每个被 raise 的异常打印到$stderr——这正是$DEBUG相关行为的实现位置（详见下文「调试相关」）。

三、匹配数据：$~、$&、$``、$'、$+、$1…$n`

这组变量保存当前作用域内最近一次成功的模式匹配的信息，被统称为「匹配数据」。它们具有线程局部与帧（frame）局部的特性。详细的正则匹配语义可参考 doc/language/regexp/methods.rdoc 中的 Global Variables 一节。

$1、$2等数字变量没有 English 别名，且原文档明确它们是只读的（Read-Only = Yes）。

lib/English.rb 对这些变量做了额外说明，值得注意：

• $&、$``、$'、$1–$9全部由$~派生而来，**对$~` 赋值会同步改变这些派生变量的值**；
• $+保存编号最高的那个分组的内容，例如"cat" =~ /(c|a)(t|z)/之后$+为"t"；
• 这些变量都是当前作用域局部（local to the current scope）且只读的。

四、记录分隔符：$/与$\

$/（$INPUT_RECORD_SEPARATOR，别名$RS、$-0）

输入记录分隔符，初始为换行符"\n"。gets等读取方法依据它来确定「一条记录」的边界；若设为nil，gets将一次性读取整个文件。它由命令行选项-0设置，且除命令行选项之外将其设为非 nil 值已被标记为废弃（deprecated）。

-0的具体规则见 doc/language/options.md：

• 无参数时，记录分隔符为0x00；
• 参数为0时，分隔符为''（空串）；
• 参数在1..0377（八进制）时，分隔符为对应字符；
• 参数为其他八进制值时，分隔符为nil。

实际效果：

$ ruby -0 -e 'p $/' "\x00" $ ruby -00 -e 'p $/' "" $ ruby -012 -e 'p $/' "\n" $ ruby -015 -e 'p $/' "\r" $ ruby -0377 -e 'p $/' "\xFF" $ ruby -0400 -e 'p $/' nil

英文别名：$INPUT_RECORD_SEPARATOR、$RS（见 lib/English.rb）。符号名$-0与$/等价。

$\（$OUTPUT_RECORD_SEPARATOR，别名$ORS）

输出记录分隔符，初始为nil。当命令行选项-l给出时，会把$/的值复制给它。它被追加到print、IO#write等每次输出的末尾（默认nil表示不加任何文本）。同样的，除命令行选项之外将其设为非 nil 值已被废弃。英文别名：$OUTPUT_RECORD_SEPARATOR、$ORS（见 lib/English.rb）。

五、标准流：$stdin、$stdout、$stderr、$<、$>、$.、$_

$stdin/$stdout/$stderr

当前的（可重定向的）标准输入、输出、错误流，初始值分别为STDIN、STDOUT、STDERR：

$stdin # => #<IO:<STDIN>> $stdout # => #<IO:<STDOUT>> $stderr # => #<IO:<STDERR>>

这三个变量是可写的，程序中可以重新赋值以重定向输出。它们的底层实现在 io.c：$stdin、$stdout、$stderr通过rb_define_virtual_variable注册了 getter/setter，并且被标记为 ractor 局部变量（rb_gvar_ractor_local），同时$>与$stdout共享同一组 getter/setter。

$<（$DEFAULT_INPUT）

指向「默认输入」的只读变量：若ARGF非空则指向ARGF，否则指向$stdin。英文别名：$DEFAULT_INPUT。正如 lib/English.rb 所注释的，它支持大量类似File对象的方法（gets、each_line、filename、lineno、read、seek等），并且是只读的。

$>（$DEFAULT_OUTPUT）

默认输出流，初始为$stdout，是Kernel#print与Kernel#printf的目的地。英文别名：$DEFAULT_OUTPUT（见 lib/English.rb）。在 io.c 中它与$stdout共用同一实现，因此给$stdout赋值会同步影响$>。

$.（$INPUT_LINE_NUMBER / $NR）

最近一次读取的流中的输入位置（行号），初始为 0，由某些读取方法重置。英文别名：$INPUT_LINE_NUMBER、$NR。

$_（$LAST_READ_LINE）

最近一次读取的流返回的字符串行，初始为nil。Kernel中许多字符串相关方法默认以$_为操作对象。它在 lib/English.rb 中被注明是当前作用域局部、线程局部的变量；在 io.c 中，$_通过虚拟变量注册并被标记为 ractor 局部且动态装箱（rb_gvar_box_dynamic）。

六、进程信息：$0、$*、$$、$?、$LOAD_PATH、$LOADED_FEATURES

$0（$PROGRAM_NAME）

初始为正在执行的脚本名，可在程序中重新赋值（例如修改进程标题）。底层实现在 ruby.c：$0与$PROGRAM_NAME都通过rb_define_hooked_variable挂到rb_progname上，setter 为set_arg0；同时Process.setproctitle也提供了等价能力（ruby.c）。

$*（$ARGV）

指向 ARGV 数组（命令行参数），只读。英文别名：$ARGV。注意 lib/English.rb 的补充：这个数组是被 Ruby 解释器处理过参数之后的剩余部分（解释器自身的选项已被移除）。

$$（$PROCESS_ID / $PID）

当前进程的进程 ID，与Process.pid相同，只读。在 process.c 中被标记为 ractor 局部变量。英文别名：$PROCESS_ID、$PID。

$?（$CHILD_STATUS）

初始为nil，之后保存为最近一个退出的子进程创建的Process::Status对象；线程局部、只读。底层实现在 process.c：$?通过虚拟变量get_CHILD_STATUS读取，而子进程退出状态由rb_last_status_set（process.c）写入（例如rb_syswait等系统调用路径，见 process.c）。英文别名：$CHILD_STATUS。

$LOAD_PATH（$:、$-I）

被Kernel#load与Kernel#require搜索的路径数组，初始为 Ruby 默认值，只读（数组中元素本身冻结，见 load.c）。

它有一个非常实用的单例方法$LOAD_PATH.resolve_feature_path(feature)（实现于 load.c 的rb_resolve_feature_path），返回结果有三种：

• [:rb, path]：path是将被加载的 Ruby 文件路径；
• [:so, path]：path是将被加载的共享对象（.so）文件路径；
• nil：不存在该 feature。

示例：

$LOAD_PATH.resolve_feature_path('timeout') # => [:rb, "/snap/ruby/317/lib/ruby/3.2.0/timeout.rb"] $LOAD_PATH.resolve_feature_path('date_core') # => [:so, "/snap/ruby/317/lib/ruby/3.2.0/x86_64-linux/date_core.so"] $LOAD_PATH.resolve_feature_path('foo') # => nil

$LOADED_FEATURES（$"）

已加载文件的路径数组，初始为 Ruby 默认值，只读。在 load.c 中通过get_LOADED_FEATURES虚拟变量实现；require 成功加载新 feature 时会向其中追加路径（若数组被冻结则抛出错误，见 load.c）。

$LOADED_FEATURES.take(10) # => ["enumerator.so", "thread.rb", "fiber.so", "rational.so", "complex.so", "ruby2_keywords.rb", "/snap/ruby/317/lib/ruby/3.2.0/x86_64-linux/enc/encdb.so", "/snap/ruby/317/lib/ruby/3.2.0/x86_64-linux/enc/trans/transdb.so", "/snap/ruby/317/lib/ruby/3.2.0/x86_64-linux/rbconfig.rb", "/snap/ruby/317/lib/ruby/3.2.0/rubygems/compatibility.rb"]

七、调试相关：$FILENAME、$DEBUG、$VERBOSE

$FILENAME

ARGF.filename方法的返回值，即当前正在读取的命令行文件名（命令行无文件参数时为'-'），只读。

$DEBUG（别名$-d）

• 初始为true当且仅当命令行选项-d或--debug被给出，否则为false；
• 可在运行程序中被设置为任意布尔值；
• 为true时，每个被 raise 的异常都会被打印到$stderr。这一行为在 eval.c 与 ruby.c 中均有体现（RTEST(ruby_debug)判断）。

底层实现在 ruby.c：$DEBUG与$-d共享debug_getter/debug_setter，并标记为 ractor 局部（ruby.c）。

$VERBOSE（别名$-v、$-w）

• 初始为true当命令行选项-v或-w被给出，否则为false；
• 可在运行程序中被设为任意值或nil；
• 为true时启用 Ruby 警告；
• 为nil时禁用警告，包括Kernel#warn的输出。

底层实现在 ruby.c：$VERBOSE、$-v、$-w共享verbose_getter/verbose_setter，setter 会把任意真值归一化为Qtrue；另有$-W（只读）通过opt_W_getter将 verbose 状态映射为整数：nil → 0、false → 1、true → 2（ruby.c）。

八、其他变量：$-F、$-a、$-i、$-l、$-p、$F

这组变量与命令行选项一一对应，其中$-p、$-l、$-a在 ruby.c 中被标记为 ractor 局部变量。

关于-F的字段分隔语义，doc/language/options.md 说明其参数即为split使用的输入字段分隔符。值得留意的是 lib/English.rb 还提供了$;的两个可读别名$FS与$FIELD_SEPARATOR（原文档未列入 English 表，属于标准库额外提供的别名）。

九、已废弃的变量：$=与$,

• $=：原用于「是否区分大小写」的开关，早已废弃；
• $,：print/Array#join参数之间的输出分隔串，默认nil（不加任何文本），亦已废弃。标准库中仍保留了它的别名$OFS、$OUTPUT_FIELD_SEPARATOR（见 lib/English.rb）。

十、预定义全局常量

流常量：STDIN、STDOUT、STDERR

标准输入、输出、错误流，分别是$stdin、$stdout、$stderr的默认值：

STDIN # => #<IO:<STDIN>> STDOUT # => #<IO:<STDOUT>> STDERR # => #<IO:<STDERR>>

环境常量：ENV、ARGF、ARGV、TOPLEVEL_BINDING

ENV.take(5) # => [["COLORTERM", "truecolor"], ["DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS", "unix:path=/run/user/1000/bus"], ["DESKTOP_SESSION", "ubuntu"], ["DISPLAY", ":0"], ["GDMSESSION", "ubuntu"]] TOPLEVEL_BINDING # => #<Binding:0x00007f58da0da7c0>

版本常量：RUBY_*

这些常量描述当前 Ruby 解释器自身的版本与构建信息，全部由 version.c 提供：

从源码看，这些常量的数据源定义在 version.c：RUBY_REVISION在非发布构建中为"HEAD"；ruby_version、ruby_release_date、ruby_platform、ruby_patchlevel分别是各常量的 C 层数据（version.c），而RUBY_DESCRIPTION则由这些片段拼装而成（version.c）。因此，不同构建环境（或开发版）下这些常量的实际值会与文档示例不同，这是正常的。

嵌入数据常量：DATA

DATA当且仅当程序中包含__END__行时被定义。此时DATA是一个 File 对象，内容为__END__之后的所有行，且读取位置定位在首行：

p DATA DATA.each_line { |line| p line } __END__ Foo Bar Baz

输出：

#<File:t.rb> "Foo\n" "Bar\n" "Baz\n"

这是 Ruby 脚本内嵌数据（self-contained data section）的经典用法，常用于小工具的测试数据或模板。

十一、速查总表

综合以上内容，全部预定义全局变量一览（含 English 别名）：

如需进一步了解这些变量与命令行选项（-0、-F、-a、-i、-l、-p、-d、-v、-w）的对应关系，可查阅 doc/language/options.md；正则匹配相关变量的完整语义可参考 doc/language/regexp/methods.rdoc；英文别名的完整清单见 lib/English.rb。

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