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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。

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。

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)

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

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
}

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。