快学Scala第10章----特质

本章要点

  • 类可以实现任意数量的特质
  • 特质可以要求实现它们的类具备特定的字段、方法或超类
  • 和Java接口不同，Scala特质可以提供方法和字段的实现
  • 当你将多个特质叠加在一起时，顺序很重要----其方法先被执行的特质排在更后面

为什么没有多重继承

Scala和Java一样不允许类从多个超类继承；从多了超类继承可能会导致许多问题，例如两个超类有相同的方法，子类该如何使用和菱形继承。在java 中类只能扩展自一个超类，它可以实现任意数量的接口，但接口只能包含抽象方法，不能包含字段。
Scala提供了特质（trait）而非接口。特质可以同时拥有抽象方法和具体方法，而类可以实现多个特质。

当做接口使用的特质

trait Logger {
    def log(msg: String)  // 这是个抽象方法
}

在这里不需要将方法声明为abstract，在特质中，未被实现的方法默认就是抽象的。
子类的实现，使用extends而不是implements

class ConsoleLogger extends Logger {
    def log(msg: String) { println(msg) }
}

在重写特质的抽象方法时不需要给出override关键字。
对于需要多个特质，可以使用with来添加：

class ConsoleLogger extends Logger with Coneable with Serializable

Scala会将 Logger with with Coneable with Serializable首先看成一个整体，然后再由类来扩展。

带有具体实现的特质

在Scala中，特质中的方法并不需要一定是抽象的。

trait ConsoleLogger {
    def log(msg: String)  { println(msg) }
}


class SavingsAccount extends Account with ConsoleLogger {
    def withdraw(amount: Double) {
        if (amount > balance) log("Insufficient funds")
        else banlance -= amount; banlance
    }
}

在Scala中，我们说ConsoleLogger 的功能被“混入”了SavingsAccount 类。但是这样有一个弊端：当特质改变时，所有混入了该特质的类都必须重新编译。

带有特质的对象

在构造单个对象时，你可以为它添加特质：

trait Logged {
    def log(msg: String) { }
}

class SavingsAccount extends Account with Logged {
    def withdraw(amount: Double) {
        if (amount > balance) log("Insufficient funds")
        else ...
    }
    ...
}

现在，什么都不会被记录到日志。但是你可以在构造具体对象时“混入”一个更好的日志记录器的实现

trait ConsoleLogger extends Logged {
    override def log(msg: String) { println(msg) }
}

// 构造SavingsAccount 类对象时加入这个特质
val acct = new SavingsAccount with ConsoleLogger
acct.withdraw(10)   // 此时调用的是 ConsoleLogger 类的log方法

// 另一个对象可以加入不同的特质
val acct2 = new SavingsAccount with FileLogger

叠加在一起的特质

你可以为类或对象添加多个互相调用的特质，从最后一个开始。

trait TimestampLogger extends Logged {
    override def log(msg: String) {
        super.log(new java.util.Date() + " " + msg)
    }
}

trait ShortLogger extends Logged {
    override def log(msg: String) {
        super.log( if (msg.length <= maxLength) msg else msg.substring(0, maxLength - 3)  + "...")
    }
}

对于特质，super.log并不像类那样用于相同的含义，否则就没有什么意义了，因为Logged的log方法什么也没做。实际上，super.log调用的是特质层级中的下一个特质，具体是哪一个，要根据特质添加的顺序来决定。一般来说，特质是从最后一个开始被处理的。例如：

val acct1 = new SavingsAccount with ConsoleLogger with TimestampLogger with ShortLogger
val acct2 = new SavingsAccount with ConsoleLogger with ShortLogger with TimestampLogger

如果从acct1取款，得到的log信息：
Wed Jun 22 23:41:37 CST 2016 Insufficient...
这里是ShortLogger的log方法先被执行，然后它的super.log调用的是TimestampLogger 的log方法，最后调用ConsoleLogger 的方法将信息打印出来
从acct2提款时，输出的log信息
Wed Jun 22 2...
这里先是TimestampLogger 的log方法被执行，然后它的super.log调用的是ShortLogger的log方法，最后调用ConsoleLogger 的方法将信息打印出来。

但是，你可以指定super.log调用哪个特质的方法，使用方式是：

super[ConsoleLogger].log(...) // 这里给出的类型必须是直接超类型，你无法使用继承层级中更远的特质或类

**注意： **ConsoleLogger的log方法没有调用super.log，因此会在这里停止向上传递msg，而是直接打印：

// 改变继承顺序
val acct1 = new SavingsAccountw with TimestampLogger with ConsoleLogger with ShortLoggerval val acct2 = new SavingsAccountw with ShortLogger  with ConsoleLogger with TimestampLoggerval val acct3 = new SavingsAccountw with ShortLogger with TimestampLogger  with ConsoleLogger

// 输出
Insufficient...    // acct1
Thu Jun 23 00:26:20 CST 2016 Insufficient founds   // acct2
Insufficient founds     // acct3

在特质中重写抽象方法

trait Logger {
    def log(msg: String)  // 这是个抽象方法
}

// 扩展这个特质
trait TimestampLogger extends Logger {
    override def log(msg: String) {
        super.log(new java.util.Date() + " " + msg)
    }
}

但是很不幸，这样会报错，因为Logger.log方法还没有实现。但是又和前面一样，我们没有办法知道哪个log方法最终会被调用---这取决于特质被混入的顺序。

Error:(67, 11) method log in trait Logger is accessed from super. It may not be abstract unless it is overridden by a member declared `abstract' and `override'
    super.log(new java.util.Date() + " " + msg)
          ^

Scala认为TimestampLogger 依旧是抽象的，正如错误提示，它需要一个具体的log方法，你必须给方法打上abstract关键字和override关键字，以说明它也是个抽象方法：

trait TimestampLogger extends Logger {
   abstract override def log(msg: String) {
        super.log(new java.util.Date() + " " + msg)
    }
}

这样会按照继承层级，一直到一个具体的log方法。

当做富接口使用的特质

在Scala中可以在特质中使用具体和抽两方法：

trait Logger {
    def log(msg: String)
    def info(msg: String) { log("INFO: " + msg) }
    def warn(msg: String) { log("WARN: " + msg) }
    def severe(msg: String) {log("SEVERE: " + msg)}
}

class SavingsAccount extends Account with Logger {
    def withdraw(amount: Double) {
        if (amount > balance) severe("Insufficient funds")
        else ...
    }
    override def log(msg: String) { println(msg) }
}

特质中的具体字段

特质中的字段有初始值则就是具体的，否则是抽象的。

trait ShortLogger extends Logged {
  val maxLength = 15   // 具体字段
}

那么继承该特质的子类是如何获得这个字段的呢。Scala是直接将该字段放入到继承该特制的子类中，而不是被继承。例如：

class SavingsAccount extends Account with ConsoleLogger with ShortLogger {
  var interest = 0.0
  def withdraw(amount: Double) {
    if (amount > balance) log("Insufficient funds")
    else ...
  }
}

SavingsAccount 对象由所有超类的字段和任何它自己的类中定义的字段构成：

| balance | // 超类字段
|-----------|
| interest | // 子类字段
| maxLength |

在JVM中，一个类只能扩展一个超类，因此来自特质的字段不能以相同的方式继承。

特质中的抽象字段

特质中的抽象字段在具体的子类中必须被重写:

trait ShortLogger extends Logged {
  val maxLength: Int
  override def log(msg: String) {
    super.log( if (msg.length <= maxLength) msg else msg.substring(0, maxLength - 3)  + "...")
  }
}

class SavingsAccount extends Account with ConsoleLogger with ShortLogger {
  val maxLength = 20   // 不需要写override
}

为了在构造对象是灵活使用特质参数值，可以使用带有具体实现的特质：

class SavingsAccount extends Account with Logger { ... }

val acct = new SavingsAccount with ConsoleLogger with ShortLogger {
  val maxLength = 20
}

特质构造顺序

特质也是有构造器的，由字段的初始化和其他特质体中的语句构成：

trait FileLogger extends Logger {
  val out = new PrintWriter("app.log")     // 构造器的一部分
  out.println("# " + new Date().toString)  // 也是构造器的一部分

  def log(msg: String) { out.println(msg); out.flush() }
}

这些语句在任何混入了该特质的对象在构造时都会被执行。
构造器的顺序：

  • 首先调用超类的构造器
  • 特质构造器在超类构造器之后、类构造器之前执行
  • 特质由左到右被构造
  • 每个特质中，父特质先被构造
  • 如果多个特质共有一个父特质，那么那个父特质已经被构造，则不会被再次构造
  • 所有特质构造完毕后，子类被构造。
    例如：
class SavingsAccount extends Account with FileLogger with ShortLogger

构造器执行顺序：

  1. Account （超类）
  2. Logger (第一个特质的父特质)
  3. FileLogger
  4. ShortLogger
  5. SavingsAccount

初始化特质中的字段

特质不能有构造器参数，每个特质都有一个无参构造器。这也是特质和类的唯一的技术差别。除此之外，特质可以具备类的所有特性，比如具体的和抽象的字段，以及超类。
例如： 我们要在构造的时候指定log的输出文件：

trait FileLogger extends Logger {
  val filename: String                            // 构造器一部分
  val out = new PrintWriter(filename)     // 构造器的一部分
  def log(msg: String) { out.println(msg); out.flush() }
}

val acct = new SavingsAccount extends Account with FileLogger("myapp.log")  //error，特质没有带参数的构造器

// 你也许会想到和前面重写maxLength一样，在这里重写filename:
val acct = new SavingsAccount with FileLogger {
  val filename = "myapp.log"   // 这样是行不通的
}

上述问题出在构造顺序上。是否还记得在第8章中提到的构造顺序的问题，在这里也是一样的。FileLogger的构造器先于子类构造器执行。这里的子类其实是一个扩展自SavingsAccount 并混入了FileLogger特质的匿名类。而filename的初始化发生在这个匿名类中，而FileLogger的构造器会先执行，因此new PrintWriter(filename)语句会抛出一个异常。
解决方法也是要么使用提前定义或者使用懒值：

val acct = new {
  val filename = "myapp.log"
} with SavingsAccount with FileLogger

// 对于类同样：
class SavingsAccount extends {
  val filename = "myapp.log"
} with Account with FileLogger { 
  ...   // SavingsAccount 的实现
}

// 或使用lazy
trait FileLogger extends Logger {
  val filename: String                            // 构造器一部分
  lazy val out = new PrintWriter(filename)     // 构造器的一部分
  def log(msg: String) { out.println(msg); out.flush() }
}

扩展类的特质

特质也可以扩展类，这个类将会自动成为所有混入该特质的超类

trait LoggedException extends Exception with Logged {
  def log() { log(getMessage()) }
}

log方法调用了从Exception超类继承下来的getMessage 方法。那么混入该特质的类：

class UnhappyException extends LoggedException {
  override def getMessage() = "arggh!"
}

在这里LoggedException的超类Exception 也自动成了UnhappyException 的超类，所以可以重写getMessage方法。如图：


trait.png

另一种情况：子类已经扩展了另一个类怎么办，以为只能有一个超类。在Scala中，只要子类已经扩展的类是那个特质的超类的一个子类即可。例如：

class UnhappyException extends IOException with LoggedException  // right
class UnhappyException extends JFrame with LoggedException         // error

自身类型

在上面提到的，当特质扩展类时，编译器能够确保的一件事是所有混入该特质的类都认这个类做超类。Scala还有一套机制可以保证这一点：自身类型。
当特质以如下代码开始定义时：

this: 类型 =>    // 表明只能被混入指定类型的子类

trait LoggedException extends Logged {
  this: Exception =>
    def log() { log(getMessage()) }
}

注意该特质并没有扩展Exception类，而是有一个自身类型Exception。这意味着它只能被混入Exception的子类。
在某种情况下，自身类型比超类型版的特质更灵活，如在特质间的循环依赖时。自身类型也用样可以处理结构类型--只需要给出类必须用有的方法，而不是类名称。

trait LoggedException extends Logged {
  this: { def getMessage(): String } =>
    def log() { lgo(getMessage() ) }  
}

背后的故事

Scala需要将特质翻译称JVM的类和接口。只有抽象方法的特质被简单的变成一个Java接口:

trait Logger {
  def log(msg: String)
}

// 直接被翻译成：
public interface Logger {
  void log(String msg);
}

如果特质有具体的方法，Scala会自动创建一个伴生类，该伴生类用静态方法存放特质的方法：

trait ConsoleLogger extends Logger {
  def log(msg: String) { println(msg) }
}

// 被翻译成：
public interface ConsoleLogger extends Logger {
  void log(String msg);
}
// 伴生类
public class ConsoleLogger$class {
  public static void log(ConsoleLogger self, String name) {
    println(msg)
  }
  ...
}

这些半生类不会有任何字段。特质中的字段对应到接口中的抽象的getter和setter方法。

trait ShortLogger extends Logger {
  val maxLength = 15
}

// 被翻译成：
public interface ShortLogger extends Logger {
  public abstract int maxLength();
  public abstract void weird_prefix$maxLength_$eq(int);  // 以weird开头的setter方法
  ...
}

// 初始化发生在半生类的一个初始化方法内
public class ShortLogged$class {
  public void $init$(ShortLogger self) {
    self.weird_prefix$maxLength_$eq(15)
  }
}

但是当ShortLogger 被混入类的时候，类将会得到一个带有getter和setter的maxLength字段，该类的构造器会调用初始化方法。
如果特质扩展自某个超类，则伴生类并不继承这个超类。该超类会被前面提到过的，任何实现该特质的类继承。

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