控制复杂性是计算机编程的本质。-- Brian Kernigan
Scala
继承体系结构设计非常巧妙,它没有特殊地对待「基本数据类型」,将万物视为对象。此外,Scala
在顶层引入Any
,它是所有类的父类;而在底层引入了Nothing
,它是所有类的子类,整个系统的设计保持一致和完整。
Any
总体上,Scala
的对象可分为两个类型:
- 引用类型(Reference Types):继承自
AnyRef
- 值类型(Value Types):继承自
AnyVal
而Any
则是AnyVal, AnyRef
的父类。也就是说,Any
是所有Scala
类型的父类,它内置于Scala
内部,由编译器实现。
元类
Class<T>
的实例代表了T
类型的元数据;对于每个T
类型,在JVM
运行时有且仅有一个Class<T>
的实例存在。
在Scala
里,要获取T
类型的Class<T>
实例,可以使用classOf
的实用方法。
classOf[String]
其中,classOf
定义在Predef
之中,由Scala
的编译器实现。
def classOf[T]: Class[T] = ???
强制转换
Scala
并没有提供强制类型转换的特殊语法,它们是通过调用isInstanceOf/asInstanceOf
方法实现。
if (obj.isInstanceOf[Point])
val other = obj.asInstanceOf[Point]
它们定义于Any
之中,它们都具有一个类型参数。
class Any {
final def isInstanceOf[T]: Boolean = ???
final def asInstanceOf[T]: T = ???
}
相等性
Scala
使用==/!=
比较对象间的逻辑相等性,而使用eq/ne
比较对象间的物理相等性。其中,Any
中的==/!=
方法使用equals
实现,并处理了null
值比较的情况。而Any
中定义的equals
默认使用eq
比较对象间的物理相等性。也就是说,如果一个类未重写equals
方法,==/!=
方法比较对象间的物理相等性。
class Any {
final def !=(that: Any): Boolean = !(this == that)
final def ==(that: Any): Boolean =
if (null eq this) null eq that
else this equals that
def equals(that: Any): Boolean = this eq that
}
AnyRef
AnyRef
是所有「引用类型」的根类,它等价于Object
。引用类型要么引用new
构造的实例,要么引用null
值。
val s: String = null
对象一致性
AnyRef
中定义了eq/ne
,用于比较对象间的物理相等性。其中,
- 对于非
null
的x: AnyRef
,x eq null
与null eq x
都返回false
; - 但是,对于
null eq null
则返回true
。
class AnyRef {
final def ne(that: AnyRef): Boolean = !(this eq that)
final def eq(that: AnyRef): Boolean =
(this, that) match {
case (null, null) => true
case (null, _) => false
case (_, null) => false
case _ => this same that
}
// same为编译器内部实现的,比较两个引用类型的物理相等性
private def same(that: AnyRef): Boolean = ???
}
Null
Null
类型为所有引用类型的子类,其拥有唯一的实例:null
。
package scala
abstract final class Null private extends AnyRef
AnyVal
AnyVal
是所有「值类型」的根类,包括Unit, Bolean, Char, Byte, Short, Int, Long, Float, Double
。
值类型的实例,由编译器将其映射为原生的基本数据类型,存取效率相当高效。但是,值类型不能使用new
构造实例,也不能持有null
值,而应该使用「字面值」直接初始化。
val MAX_NUM: Int = null // Error
Unit
Unit
类型是一个特殊的值类型,它等价于Java
中的void
。它拥有唯一的实例:()
,即0
个元素的元组。
classOf[Unit] // Class[Unit] = void
().getClass // Class[Unit] = void
classTag[Unit] // scala.reflect.ClassTag[Unit] = Unit
classTag[Unit].runtimeClass // Class[_] = void
过程
返回值类型为Unit
的函数常常称为「过程」。例如,Runnable
中的run
方法就是一个典型的过程。
trait Runnable {
def run(): Unit
}
按照惯例,run
有可能产生副作用,为此run
显式地声明了()
。
区分Int, RichInt, Integer
探秘Int
Scala
是一门纯的面向对象的程序设计语言,它没有特殊地对待原生的基本数据类型,例如int, short, long, char
等。
1 + 2
它实际上是一个函数调用过程,等价于
1.+(2)
事实上,+
方法定义在Int
类中。
final abstract class Int private extends AnyVal {
def +(x: Int): Int = ???
...
}
为了提升效率,Int
将映射为JVM
中的int
。
探秘RichInt
求取1
至10
的和,可以如此实现。
(1 to 10).sum
它等价于:
1.to(10).sum
但是,Int
中并没有定义to
方法,但1 to 10
为什么能够工作呢?事实上,在Predef
中定义了Int
到RichInt
的隐式转换。
object Predef {
implicit def intWrapper(x: Int) = new scala.runtime.RichInt(x)
...
}
而RichInt
中刚好定义了一个to
方法,它创建了一个Range.Inclusive
类型的实例。
package scala.runtime
class RichInt {
def to(end: Int): Range.Inclusive = Range.inclusive(self, end)
...
}
RichInt
是一个Int
的富包装类型。这样的设计机制,不仅保持了Int
的高效,而且也保证了RichInt
良好的可扩展性。
探秘Integer
Integer
是Int
的包装器,它的实例分配于堆中。对于Scala
,自动装箱和自动拆箱是通过隐式转换完成的。或者说,自动装箱和自动拆箱仅仅是隐式转换的一个应用场景而已。
object Predef {
...
implicit def int2Integer(x: Int) = Integer.valueOf(x)
implicit def Integer2int(x: Integer): Int = x.intValue
}
仿真Boolean
为了加深理解值类型的工作原理,这里自制仿真实现了一个Boolean
,其行为等价于标准库的Boolean
实现;但是,此处的Boolean
实现采用了函数式的设计思维。
函数式结构
Boolean
是一个典型的函数式的数据结构,true
和false
是Boolean
的两个字面值。其中,eval
相当于if-else
表达式。
sealed trait Boolean {
def eval[T](t: => T, e: => T): T
}
object true extends Boolean {
def eval[T](t: => T, e: => T): T = t
}
object false extends Boolean {
def eval[T](t: => T, e: => T): T = e
}
短路求值
&&
与&
之间的差异在于前者拥有「短路求值」的特性,而后者没有;
sealed trait Boolean {
def eval[T](t: => T, e: => T): T
def &&(x: => Boolean): Boolean = eval(x, false)
def ||(x: => Boolean): Boolean = eval(true, x)
def unary_! : Boolean = eval(false, true)
def &(x: Boolean): Boolean = eval(x, false)
def |(x: Boolean): Boolean = eval(true, x)
def ^(x: Boolean): Boolean = eval(false, True)
}
相等性
对于两个Boolean
实例,也可以通过eval
实现==/!=
的比较逻辑。
sealed trait Boolean {
...
def eval[T](t: => T, e: => T): T
def ==(x: Boolean): Boolean = eval(x, !x)
def !=(x: Boolean): Boolean = eval(!x, x)
}
Nothing
Nothing
是一个特殊的类型,它处在继承层次的最底部,它是所有类的子类。虽然Nothing
没有任何实例存在,但它在Scala
的类型系统中扮演了重要的角色。
package scala
final abstract class Nothing extends Throwable
空类型
Nil
继承自List[Nothing]
,且为唯一的单键对象;因为List[+A]
是协变的,所有对于任意的类型A
,List[Nothing]
都是List[A]
的子类。
sealed abstract class List[+A]
final case class ::[A](head: A, tail: List[A]) extends List[A]
final case object Nil extends List[Nothing]
表示异常
Nothing
继承自Throwable
,它表示程序的异常终止。例如,Predef
中定义的???
占位方法,其返回值类型就是声明为Nothing
。
object Predef {
def ??? : Nothing = throw new NotImplementedError
}
在实施
TDD
实践过程中,为了快速编译通过,可以使用???
表示占位实现。