Scala基础知识

Posted 2020-08-08 启铭星

原文地址、续 课程内容: 关于这节课 表达式 值 函数 类 继承 特质 类型 apply方法 单例对象 函数即对象 包 模式匹配 样本类 try-catch-finally 关于这节课 最初的几个星期将涵盖基本语法和概念，然后我们将通过更多的练习展开这些内容。 有一些例子是以解释器交互的形式给出的，另一些则是以源文件的形式给出的。 安装一个解释器，可以使探索问题空间变得更容易。 为什么选择 Scala? ·表达能力     ·函数是一等公民     ·闭包 ·简洁     ·类型推断     ·函数创建的文法支持 ·Java互操作性     ·可重用Java库     ·可重用Java工具     ·没有性能惩罚 Scala 如何工作? ·编译成Java字节码 ·可在任何标准JVM上运行     ·甚至是一些不规范的JVM上，如Dalvik     ·Scala编译器是Java编译器的作者写的 用 Scala 思考 Scala不仅仅是更好的Java。你应该用全新的头脑来学习它，你会从这些课程中认识到这一点的。 启动解释器 使用自带的sbt console启动。 $ sbt console [...] Welcome to Scala version 2.8.0.final (Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM, Java 1.6.0_20). Type in expressions to have them evaluated. Type :help for more information. scala> 复制代码 表达式 scala> 1 + 1 res0: Int = 2 复制代码 res0是解释器自动创建的变量名称，用来指代表达式的计算结果。它是Int类型，值为2。 Scala中（几乎）一切都是表达式。 值 你可以给一个表达式的结果起个名字赋成一个不变量（val）。 scala> val two = 1 + 1 two: Int = 2 复制代码 你不能改变这个不变量的值. 变量 如果你需要修改这个名称和结果的绑定，可以选择使用var。 scala> var name = "steve" name: java.lang.String = steve scala> name = "marius" name: java.lang.String = marius 复制代码 函数 你可以使用def创建函数. scala> def addOne(m: Int): Int = m + 1 addOne: (m: Int)Int 复制代码 在Scala中，你需要为函数参数指定类型签名。 scala> val three = addOne(2) three: Int = 3 复制代码 如果函数不带参数，你可以不写括号。 scala> def three() = 1 + 2 three: ()Int scala> three() res2: Int = 3 scala> three res3: Int = 3 复制代码 匿名函数 你可以创建匿名函数。 scala> (x: Int) => x + 1 res2: (Int) => Int = <function1> 复制代码 这个函数为名为x的Int变量加1。 scala> res2(1) res3: Int = 2 复制代码 你可以传递匿名函数，或将其保存成不变量。 scala> val addOne = (x: Int) => x + 1 addOne: (Int) => Int = <function1> scala> addOne(1) res4: Int = 2 复制代码 如果你的函数有很多表达式，可以使用{}来格式化代码，使之易读。 def timesTwo(i: Int): Int = {   println("hello world")   i * 2 } 复制代码 对匿名函数也是这样的。 scala> { i: Int =>   println("hello world")   i * 2 } res0: (Int) => Int = <function1> 复制代码 在将一个匿名函数作为参数进行传递时，这个语法会经常被用到。 部分应用（Partial application） 你可以使用下划线“_”部分应用一个函数，结果将得到另一个函数。Scala使用下划线表示不同上下文中的不同事物，你通常可以把它看作是一个没有命名的神奇通配符。在{ _ + 2 }的上下文中，它代表一个匿名参数。你可以这样使用它： scala> def adder(m: Int, n: Int) = m + n adder: (m: Int,n: Int)Int 复制代码 scala> val add2 = adder(2, _:Int) add2: (Int) => Int = <function1> scala> add2(3) res50: Int = 5 复制代码 你可以部分应用参数列表中的任意参数，而不仅仅是最后一个。 柯里化函数 有时会有这样的需求：允许别人一会在你的函数上应用一些参数，然后又应用另外的一些参数。 例如一个乘法函数，在一个场景需要选择乘数，而另一个场景需要选择被乘数。 scala> def multiply(m: Int)(n: Int): Int = m * n multiply: (m: Int)(n: Int)Int 复制代码 你可以直接传入两个参数。 scala> multiply(2)(3) res0: Int = 6 复制代码 你可以填上第一个参数并且部分应用第二个参数。 scala> val timesTwo = multiply(2) _ timesTwo: (Int) => Int = <function1> scala> timesTwo(3) res1: Int = 6 复制代码 你可以对任何多参数函数执行柯里化。例如之前的adder函数 scala> (adder _).curried res1: (Int) => (Int) => Int = <function1> 复制代码 可变长度参数 这是一个特殊的语法，可以向方法传入任意多个同类型的参数。例如要在多个字符串上执行String的capitalize函数，可以这样写： def capitalizeAll(args: String*) = {   args.map { arg =>     arg.capitalize   } } scala> capitalizeAll("rarity", "applejack") res2: Seq[String] = ArrayBuffer(Rarity, Applejack) 复制代码 类 scala> class Calculator {      |   val brand: String = "HP"      |   def add(m: Int, n: Int): Int = m + n      | } defined class Calculator scala> val calc = new Calculator calc: Calculator = [email protected] scala> calc.add(1, 2) res1: Int = 3 scala> calc.brand res2: String = "HP" 复制代码 上面的例子展示了如何在类中用def定义方法和用val定义字段值。方法就是可以访问类的状态的函数。 构造函数 构造函数不是特殊的方法，他们是除了类的方法定义之外的代码。让我们扩展计算器的例子，增加一个构造函数参数，并用它来初始化内部状态。 class Calculator(brand: String) {   /**    * A constructor.    */   val color: String = if (brand == "TI") {     "blue"   } else if (brand == "HP") {     "black"   } else {     "white"   }   // An instance method.   def add(m: Int, n: Int): Int = m + n } 复制代码 注意两种不同风格的评论。 你可以使用构造函数来构造一个实例： scala> val calc = new Calculator("HP") calc: Calculator = [email protected] scala> calc.color res0: String = black 复制代码 表达式 上文的Calculator例子说明了Scala是如何面向表达式的。颜色的值就是绑定在一个if/else表达式上的。Scala是高度面向表达式的：大多数东西都是表达式而非指令。 旁白: 函数 vs 方法 函数和方法在很大程度上是可以互换的。由于函数和方法是如此的相似，你可能都不知道你调用的东西是一个函数还是一个方法。而当真正碰到的方法和函数之间的差异的时候，你可能会感到困惑。 scala> class C {      |   var acc = 0      |   def minc = { acc += 1 }      |   val finc = { () => acc += 1 }      | } defined class C scala> val c = new C c: C = [email protected] scala> c.minc // calls c.minc() scala> c.finc // returns the function as a value: res2: () => Unit = <function0> 复制代码 当你可以调用一个不带括号的“函数”，但是对另一个却必须加上括号的时候，你可能会想哎呀，我还以为自己知道Scala是怎么工作的呢。也许他们有时需要括号？你可能以为自己用的是函数，但实际使用的是方法。 在实践中，即使不理解方法和函数上的区别，你也可以用Scala做伟大的事情。如果你是Scala新手，而且在读两者的差异解释，你可能会跟不上。不过这并不意味着你在使用Scala上有麻烦。它只是意味着函数和方法之间的差异是很微妙的，只有深入语言内部才能清楚理解它。 继承 class ScientificCalculator(brand: String) extends Calculator(brand) {   def log(m: Double, base: Double) = math.log(m) / math.log(base) } 复制代码 参考 Effective Scala 指出如果子类与父类实际上没有区别，类型别名是优于继承的。A Tour of Scala 详细介绍了子类化。 重载方法 class EvenMoreScientificCalculator(brand: String) extends ScientificCalculator(brand) {   def log(m: Int): Double = log(m, math.exp(1)) } 复制代码 抽象类 你可以定义一个抽象类，它定义了一些方法但没有实现它们。取而代之是由扩展抽象类的子类定义这些方法。你不能创建抽象类的实例。 scala> abstract class Shape {      |   def getArea():Int    // subclass should define this      | } defined class Shape scala> class Circle(r: Int) extends Shape {      |   def getArea():Int = { r * r * 3 }      | } defined class Circle scala> val s = new Shape <console>:8: error: class Shape is abstract; cannot be instantiated        val s = new Shape                ^ scala> val c = new Circle(2) c: Circle = [email protected] 复制代码 特质（Traits） 特质是一些字段和行为的集合，可以扩展或混入（mixin）你的类中。 trait Car {   val brand: String } trait Shiny {   val shineRefraction: Int } 复制代码 class BMW extends Car {   val brand = "BMW" } 复制代码 通过with关键字，一个类可以扩展多个特质： class BMW extends Car with Shiny {   val brand = "BMW"   val shineRefraction = 12 } 复制代码 参考 Effective Scala 对特质的观点。 什么时候应该使用特质而不是抽象类？ 如果你想定义一个类似接口的类型，你可能会在特质和抽象类之间难以取舍。这两种形式都可以让你定义一个类型的一些行为，并要求继承者定义一些其他行为。一些经验法则： 优先使用特质。一个类扩展多个特质是很方便的，但却只能扩展一个抽象类。 如果你需要构造函数参数，使用抽象类。因为抽象类可以定义带参数的构造函数，而特质不行。例如，你不能说trait t(i: Int) {}，参数i是非法的。 你不是问这个问题的第一人。可以查看更全面的答案： stackoverflow: Scala特质 vs 抽象类 , 抽象类和特质的区别, andScala编程: 用特质，还是不用特质？ 类型 此前，我们定义了一个函数的参数为Int，表示输入是一个数字类型。其实函数也可以是泛型的，来适用于所有类型。当这种情况发生时，你会看到用方括号语法引入的类型参数。下面的例子展示了一个使用泛型键和值的缓存。 trait Cache[K, V] {   def get(key: K): V   def put(key: K, value: V)   def delete(key: K) } 复制代码 方法也可以引入类型参数。 def remove[K](key: K) 复制代码 apply 方法 当类或对象有一个主要用途的时候，apply方法为你提供了一个很好的语法糖。 scala> class Foo {} defined class Foo scala> object FooMaker {      |   def apply() = new Foo      | } defined module FooMaker scala> val newFoo = FooMaker() newFoo: Foo = [email protected] 复制代码 或 scala> class Bar {      |   def apply() = 0      | } defined class Bar scala> val bar = new Bar bar: Bar = [email protected] scala> bar() res8: Int = 0 复制代码 在这里，我们实例化对象看起来像是在调用一个方法。以后会有更多介绍！ 单例对象 单例对象用于持有一个类的唯一实例。通常用于工厂模式。 object Timer {   var count = 0   def currentCount(): Long = {     count += 1     count   } } 复制代码 可以这样使用： scala> Timer.currentCount() res0: Long = 1 复制代码 单例对象可以和类具有相同的名称，此时该对象也被称为“伴生对象”。我们通常将伴生对象作为工厂使用。 下面是一个简单的例子，可以不需要使用’new’来创建一个实例了。 class Bar(foo: String) object Bar {   def apply(foo: String) = new Bar(foo) } 复制代码 函数即对象 在Scala中，我们经常谈论对象的函数式编程。这是什么意思？到底什么是函数呢？ 函数是一些特质的集合。具体来说，具有一个参数的函数是Function1特质的一个实例。这个特征定义了apply()语法糖，让你调用一个对象时就像你在调用一个函数。 scala> object addOne extends Function1[Int, Int] {      |   def apply(m: Int): Int = m + 1      | } defined module addOne scala> addOne(1) res2: Int = 2 复制代码 这个Function特质集合下标从0开始一直到22。为什么是22？这是一个主观的魔幻数字(magic number)。我从来没有使用过多于22个参数的函数，所以这个数字似乎是合理的。 apply语法糖有助于统一对象和函数式编程的二重性。你可以传递类，并把它们当做函数使用，而函数本质上是类的实例。 这是否意味着，当你在类中定义一个方法时，得到的实际上是一个Function*的实例？不是的，在类中定义的方法是方法而不是函数。在repl中独立定义的方法是Function*的实例。 类也可以扩展Function，这些类的实例可以使用()调用。 scala> class AddOne extends Function1[Int, Int] {      |   def apply(m: Int): Int = m + 1      | } defined class AddOne scala> val plusOne = new AddOne() plusOne: AddOne = <function1> scala> plusOne(1) res0: Int = 2 复制代码 可以使用更直观快捷的extends (Int => Int)代替extends Function1[Int, Int] class AddOne extends (Int => Int) {   def apply(m: Int): Int = m + 1 } 复制代码 包 你可以将代码组织在包里。 package com.twitter.example 复制代码 在文件头部定义包，会将文件中所有的代码声明在那个包中。 值和函数不能在类或单例对象之外定义。单例对象是组织静态函数(static function)的有效工具。 package com.twitter.example object colorHolder {   val BLUE = "Blue"   val RED = "Red" } 复制代码 现在你可以直接访问这些成员 println("the color is: " + com.twitter.example.colorHolder.BLUE) 复制代码 注意在你定义这个对象时Scala解释器的返回： scala> object colorHolder {      |   val Blue = "Blue"      |   val Red = "Red"      | } defined module colorHolder 复制代码 这暗示了Scala的设计者是把对象作为Scala的模块系统的一部分进行设计的。 模式匹配 这是Scala中最有用的部分之一。 匹配值 val times = 1 times match {   case 1 => "one"   case 2 => "two"   case _ => "some other number" } 复制代码 使用守卫进行匹配 times match {   case i if i == 1 => "one"   case i if i == 2 => "two"   case _ => "some other number" } 复制代码 注意我们是怎样将值赋给变量’i’的。 在最后一行指令中的_是一个通配符；它保证了我们可以处理所有的情况。 否则当传进一个不能被匹配的数字的时候，你将获得一个运行时错误。我们以后会继续讨论这个话题的。 参考 Effective Scala 对什么时候使用模式匹配 和 模式匹配格式化的建议. A Tour of Scala 也描述了 模式匹配 匹配类型 你可以使用 match来分别处理不同类型的值。 def bigger(o: Any): Any = {   o match {     case i: Int if i < 0 => i - 1     case i: Int => i + 1     case d: Double if d < 0.0 => d - 0.1     case d: Double => d + 0.1     case text: String => text + "s"   } } 复制代码 匹配类成员 还记得我们之前的计算器吗。 让我们通过类型对它们进行分类。 一开始会很痛苦。 def calcType(calc: Calculator) = calc match {   case _ if calc.brand == "hp" && calc.model == "20B" => "financial"   case _ if calc.brand == "hp" && calc.model == "48G" => "scientific"   case _ if calc.brand == "hp" && calc.model == "30B" => "business"   case _ => "unknown" } 复制代码 (⊙o⊙)哦，太痛苦了。幸好Scala提供了一些应对这种情况的有效工具。 样本类 Case Classes 使用样本类可以方便得存储和匹配类的内容。你不用new关键字就可以创建它们。 scala> case class Calculator(brand: String, model: String) defined class Calculator scala> val hp20b = Calculator("hp", "20b") hp20b: Calculator = Calculator(hp,20b) 复制代码 样本类基于构造函数的参数，自动地实现了相等性和易读的toString方法。 scala> val hp20b = Calculator("hp", "20b") hp20b: Calculator = Calculator(hp,20b) scala> val hp20B = Calculator("hp", "20b") hp20B: Calculator = Calculator(hp,20b) scala> hp20b == hp20B res6: Boolean = true 复制代码 样本类也可以像普通类那样拥有方法。 使用样本类进行模式匹配 case classes are designed to be used with pattern matching. Let’s simplify our calculator classifier example from earlier. 样本类就是被设计用在模式匹配中的。让我们简化之前的计算器分类器的例子。 val hp20b = Calculator("hp", "20B") val hp30b = Calculator("hp", "30B") def calcType(calc: Calculator) = calc match {   case Calculator("hp", "20B") => "financial"   case Calculator("hp", "48G") => "scientific"   case Calculator("hp", "30B") => "business"   case Calculator(ourBrand, ourModel) => "Calculator: %s %s is of unknown type".format(ourBrand, ourModel) } 复制代码 最后一句也可以这样写 case Calculator(_, _) => "Calculator of unknown type" 复制代码 或者我们完全可以不将匹配对象指定为Calculator类型 case _ => "Calculator of unknown type" 复制代码 或者我们也可以将匹配的值重新命名。 case [email protected](_, _) => "Calculator: %s of unknown type".format(c) 复制代码 异常 Scala中的异常可以在try-catch-finally语法中通过模式匹配使用。 try {   remoteCalculatorService.add(1, 2) } catch {   case e: ServerIsDownException => log.error(e, "the remote calculator service is unavailable. should have kept your trusty HP.") } finally {   remoteCalculatorService.close() } 复制代码 try也是面向表达式的 val result: Int = try {   remoteCalculatorService.add(1, 2) } catch {   case e: ServerIsDownException => {     log.error(e, "the remote calculator service is unavailable. should have kept your trusty HP.")     0   } } finally {   remoteCalculatorService.close() } 复制代码 这并不是一个完美编程风格的展示，而只是一个例子，用来说明try-catch-finally和Scala中其他大部分事物一样是表达式。 当一个异常被捕获处理了，finally块将被调用；它不是表达式的一部分。 Built at @twitter by @stevej, @marius, and @lahosken with much help from @evanm, @sprsquish, @kevino, @zuercher, @timtrueman, @wickman, and @mccv; Russian translation by appigram; Chinese simple translation by jasonqu; Korean translation by enshahar; Licensed under the Apache License v2.0.