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。
安装 Scala 请看:Scala 安装及环境配置
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>
表达式
scala> 1 + 1res0: Int = 2
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 + 1two: Int = 2
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 = stevescala> name = "marius"name: java.lang.String = marius
函数
你可以使用 def 创建函数.
scala> def addOne(m: Int): Int = m + 1addOne: (m: Int)Int
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
如果函数不带参数,你可以不写括号。
scala> def three() = 1 + 2three: ()Intscala> three()res2: Int = 3scala> threeres3: Int = 3
匿名函数
你可以创建匿名函数。
scala> (x: Int) => x + 1res2: (Int) => Int = <function1>
这个函数为名为 x 的 Int 变量加 1。
scala> res2(1)res3: Int = 2
你可以传递匿名函数,或将其保存成不变量。
scala> val addOne = (x: Int) => x + 1addOne: (Int) => Int = <function1>scala> addOne(1)res4: Int = 2
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}
对匿名函数也是这样的。
scala> { i: Int => println("hello world") i * 2}res0: (Int) => Int = <function1>
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 + nadder: (m: Int,n: Int)Intscala> val add2 = adder(2, _:Int)add2: (Int) => Int = <function1>scala> add2(3)res50: Int = 5
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 * nmultiply: (m: Int)(n: Int)Int
你可以直接传入两个参数。
scala> multiply(2)(3)res0: Int = 6
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
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 _).curriedres1: (Int) => (Int) => Int = <function1>
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)
类
scala> class Calculator { | val brand: String = "HP" | def add(m: Int, n: Int): Int = m + n | }defined class Calculatorscala> val calc = new Calculatorcalc: Calculator = Calculator@e75a11scala> calc.add(1, 2)res1: Int = 3scala> calc.brandres2: String = "HP"
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}
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 = Calculator@1e64cc4dscala> calc.colorres0: String = black
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 Cscala> val c = new Cc: C = C@1af1bd6scala> c.minc // calls c.minc()scala> c.finc // returns the function as a value:res2: () => Unit = <function0>
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)}
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))}
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 Shapescala> class Circle(r: Int) extends Shape { | def getArea():Int = { r * r * 3 } | }defined class Circlescala> 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 = Circle@65c0035b
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}class BMW extends Car { val brand = "BMW"}
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}
参考 Effective Scala 对[特质的观点](http://twitter.github.com/effectivescala/#Object oriented programming-Traits)。
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。
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)}
方法也可以引入类型参数。
def remove[K](key: K)
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 = Foo@5b83f762
或
scala> class Bar {
| def apply() = 0
| }
defined class Bar
scala> val bar = new Bar
bar: Bar = Bar@47711479
scala> bar()
res8: Int = 0
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
}
}
可以这样使用:
scala> Timer.currentCount()
res0: Long = 1
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)
}
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
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
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
}
包
你可以将代码组织在包里。
package com.twitter.example
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"
}
现在你可以直接访问这些成员
println("the color is: " + com.twitter.example.colorHolder.BLUE)
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
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"
}
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"
}
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](http://twitter.github.com/effectivescala/#Functional programming-Pattern matching)和[模式匹配格式化的建议](http://twitter.github.com/effectivescala/#Formatting-Pattern matching)。 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"
}
}
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。
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"
}
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)
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
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
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)
}
最后一句也可以这样写
case Calculator(_, _) => "Calculator of unknown type"
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"
或者我们也可以将匹配的值重新命名。
case c@Calculator(_, _) => "Calculator: %s of unknown type".format(c)
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()
}
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()
}
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。
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