设计概要

设计概要

注释

// 注释
/* 注释 */

内置类型

[bool, byte, char, short, int, unit] 　　　// 值类型
[String, List, Map] 　　　　　// 对象

变量定义

var i: int = 0;

// 列表
var l: List<int> = [1, 2, 3, 4, 5];
l[0] = 1;

// 字典
var m: Map<int->string> = {
  "a" -> 1,
  "b" -> 2
}
m["a"] = 1;

// 函数
var x: int => int = (p:int) => p

函数定义

def add(a:int,b:int):int = {
  return  a+b;
}

first class function

def addx(x:int): int => int = {
   return (a:int) => x+a;
}

类定义

class A extends B {
public/private/protected:
  var a:int = 0;
  // 构造函数
  def A(a:int) = {
     this.a = a;
  }
  // 成员函数
  def s() = {
    print(this.a);
  }
}

接口

这里的接口相当于java的interface，只不过在类外实现。

  • 最普通的接口
interface showable
{
  def show(this:This);
}
// 为非泛型类实现trait
impl showable for int
{
  def show(this:int) = {
    print(this);
  }
}
1.show() // 合法
// 为泛型类实现trait
template<A,B>
class Pair{
public:
  def Pair(a:A, b:B) = {
    this.a = a;
    this.b = b;
  }
  var a:A;
  var b:B;
}

// 全泛化
template<A,B>
impl showable for Pair<A,B>
{
  def show(this) = {
    print(a,b);
  }
}
// 偏特化，带有泛型约束
template<A,B>
where A: extends Object impl Hash 
      B: extends Object impl Hash
impl showable for Pair<A,B>  
{
  def show(this:Pair<A,B>) = {
    print(a.hashCode(),b.hashCode());
  }
}
// 实体化
impl showable for Pair<int,int>
{
  def show(this:Pair<int,int>) = {
    print(a,b);
  }
}
  • 泛型接口
    这里演示一个泛型接口的问题，即因为命名冲突，一个泛型接口无法被实现两次：
template<T>
interface Get
{
  def get(this:This):T 
}

impl Get<int> for int {
  def get(this:int):int {
    return this;
  }
}

impl Get<String> for int {
  def get(this:int):String {
    return this.toString()
  }
}
1.get() // ambiguous, which one to choose?

泛型接口的本质是要对接口规定方法的类型签名做出限制，但是确实存在如上的问题。

怎么解决？去掉泛型接口。但是可以用concept来绕过。

算了吧还是留着吧，反正java也这样。

concept

interface偏重扩展类的行为，而concept偏重约束类的特征。

concept必须拥有类的完全访问权？这点还是待定吧，不一定有这样的需求吧。

前面的例子：

concept Get<T,Result>
{
  def get(x:T):Result;
}

instance Get<int,int>
{
  def get(x:int):int = {
    return x;
  }
}

instance Get<int,String>
{
  def get(x:int):String = {
    return x.toString();
  }
}

Get<int,int>::get(1);    // 合法, = 1
Get<int,String>::get(2); // 合法, = "2"

完美解决。

下面看一个更一般的例子，实现一个幺半群(有满足结合律的加法和单位元)。
scala代码：

abstract class SemiGroup[A] {
  def add(x: A, y: A): A
}
abstract class Monoid[A] extends SemiGroup[A] {
  def unit: A
}
object ImplicitTest extends App {
  implicit object StringMonoid extends Monoid[String] {
    def add(x: String, y: String): String = x concat y
    def unit: String = ""
  }
  implicit object IntMonoid extends Monoid[Int] {
    def add(x: Int, y: Int): Int = x + y
    def unit: Int = 0
  }
  def sum[A](xs: List[A])(implicit m: Monoid[A]): A =
    if (xs.isEmpty) m.unit
    else m.add(xs.head, sum(xs.tail))

  println(sum(List(1, 2, 3)))       // uses IntMonoid implicitly
  println(sum(List("a", "b", "c"))) // uses StringMonoid implicitly
}

Hint代码：

template<A>
concept SemiGroup {
  def add(x: A, y: A): A
}

template<A>
concept Monoid combine SemiGroup
{
  def unit():A;
}

instance SemiGroup<String> {
    def add(x: String, y: String): String = {
      return x+y;
   }
}
instance Monoid<String>{
  def unit():String {
    return "";
  }
}

instance SemiGroup<int> {
    def add(x: int, y: int): int = {
      return x+y;
   }
}
instance Monoid<int>{
  def unit():int{
    return 0;
  }
}

template<A>
where A: instance Monoid<A>
def sum(xs: List[A]): A = {
  if (xs.isEmpty) 
    // 这里的‘Monoid’是简写形式，允许你直接使用instance限制里出现的concept
    return Monoid::unit() 

  return Monoid::add(xs.head, sum(xs.tail)) 
}

可以发现二者的不同，concept偏向于短代码的组合，而没有继承链这一说。还有一个优势是，在你需要类型SemiGroup<int>这种形式的参数时，我们已经实现过它了。而目前并没有这样的隐式值。

需要注意一点，如同类继承，concept不能有循环依赖。

template <A>
concept SemiGroup
where a: instance SemiGroup // 错误！依赖自身！
{
  def add(x: A, y: A): A
}

template <A>
concept SemiGroup
where a: instance Monoid<A> // 错误！循环依赖！
{
  def add(x: A, y: A): A
}

template <A>
concept Monoid
where A: instance SemiGroup<A>
{
  def unit():A;
}

解决方法是按声明顺序识别依赖关系，如果一个concept依赖另一个尚未声明的concept，直接报错即可。

concept结合OO

可以看到concept和泛型的abstract class功能好像是相似的，怎么解决这个问题？

解决了，concept是对类型的限制，比如Monoid[A]表明类型A满足幺半群的公理，即类型本身满足公理。而class内部定义类的数据和行为。也就是一个是外部的限制，一个是自身的行为。

template <Elem, Result, template F<_>>
concept Functor {
  def fmap(x: Elem =>Result): F<Elem> => F<Result>   
}

// 偏特化
template<Elem, Result>
instance Functor<Elem, Result, List<Elem>> {
  override def fmap(func: Elem => Result): List<Elem> => List<Result> = {
    return list => list.map(func);
    // 做自动类型推导
    // 等价于 return (list:List<Elem>):List<Result> => list.map(func)
  }
}

// 偏特化
template<Elem, Result>
instance Functor<Elem, Result, Option<Elem>> {
  override def fmap(func: Elem => Result): Option<Elem> => Option<Result> = {
    return m => {
       return switch m {
         case null => null;
         case Some(e) => Some(func(e));
       }
    }
  }
}

// 于是
var l:List<int> = [1,2,3,4];
var f = Functor<int, String, List<int>>::fmap( x => x.toString());
// 最好能够自动推导，写成
var g = Functor::fmap( (x:int) => x.toString() )

f(l); // 结果 = ["1","2","3","4"]

想要用高阶类型不得不使用template语法。。。

template <A,B,C>
concept AddEq {
  def add(x:A,y:B):C
}

instance AddEq<int,int,int> {
  override def add(x:int,y:int):int = {
     return x+y;
  }
}

template <T>
instance AddEq<T,T,String> {
  override def add(x:T,y:T):String = {
     return x.toString()
  }
}

template<T>
def add(x:T,y:T)

再考虑一个concept和高阶类型的区别：

// 泛型类实现
template<Elem>
class Stack {
  var data:Array<T>;
  var pos:int;
  def Stack() {
    data = new Array<T>();
  }
  def pop(e:Elem) {    
    pos = pos - 1;   
  }
  def push(e:Elem) {
    data[pos] = e;
    pos = pos + 1;   
  }
  def top():Elem {
    return data[pos-1];
  }
}

linq (糖

var l:List[int] = [-1,-2,0,1,2];
from a in l
  from b in l
    from c in l
where a > 0 && b>0 && c>0
select (a,b,c);

模式匹配 (糖

// 注意switch是语句，不是表达式
switch x {
  case 1 => xxx; // 不用break
  case a:string => xxx;
  case A(a,b) => xxx;
  default: xxx;
}

递归模板

data List a = Nil | Cons a (List a)

template <T>
type List<T> = null | Cons<T, List<T> >

项目规划

  • if、while、操作符、var/val
  • 类
  • 继承、sealed
  • 接口
  • lambda
  • 泛型类、泛型接口
  • linq查询表达式
  • case class和模式匹配
  • concept

高级特性看进度考虑加入：

  • 反射
  • 表达式树
  • 宏
  • 注解

一些细节：

  • typedef/typealias
  • 嵌套类型、嵌套函数声明
  • 模板字符串
  • object
  • 设计模式语法层简化
  • scala类似中缀操作符的一些语法糖
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