Scala School 笔记(四)--类型和多态基础

时间:2021-02-24 23:13:10

Scala有秩1多态性

粗略地说,这意味着在Scala中,有一些你想表达的类型概念“过于泛化”以至于编译器无法理解。假设你有一个函数

def toList[A](a: A) = List(a)

你希望继续泛型地使用它:

def foo[A, B](f: A => List[A], b: B) = f(b)

这段代码不能编译,因为所有的类型变量只有在调用上下文中才被固定。即使你“钉住”了类型B

def foo[A](f: A => List[A], i: Int) = f(i)

…你也会得到一个类型不匹配的错误。

def foo[A](f: A => List[A], i: A) = f(i)
这样可以通过,在调用上下文中确定

变性 Variance

Scala的类型系统必须同时解释类层次和多态性。类层次结构可以表达子类关系。在混合OO和多态性时,一个核心问题是:如果T’T一个子类,Container[T’]应该被看做是Container[T]的子类吗?变性(Variance)注解允许你表达类层次结构和多态类型之间的关系:

  含义 Scala 标记
协变covariant C[T’]是 C[T] 的子类 [+T]
逆变contravariant C[T] 是 C[T’]的子类 [-T]
不变invariant C[T] 和 C[T’]无关 [T]

子类型关系的真正含义:对一个给定的类型T,如果T’是其子类型,你能替换它吗?

scala> class Covariant[+A]
defined class Covariant

scala> val cv: Covariant[AnyRef] = new Covariant[String]
cv: Covariant[AnyRef] = Covariant@4035acf6

scala> val cv: Covariant[String] = new Covariant[AnyRef]
<console>:6: error: type mismatch;
found : Covariant[AnyRef]
required: Covariant[String]
val cv: Covariant[String] = new Covariant[AnyRef]
^
scala> class Contravariant[-A]
defined class Contravariant

scala> val cv: Contravariant[String] = new Contravariant[AnyRef]
cv: Contravariant[AnyRef] = Contravariant@49fa7ba

scala> val fail: Contravariant[AnyRef] = new Contravariant[String]
<console>:6: error: type mismatch;
found : Contravariant[String]
required: Contravariant[AnyRef]
val fail: Contravariant[AnyRef] = new Contravariant[String]
^

逆变似乎很奇怪。什么时候才会用到它呢?令人惊讶的是,函数特质的定义就使用了它!

trait Function1 [-T1, +R] extends AnyRef

如果你仔细从替换的角度思考一下,会发现它是非常合理的。让我们先定义一个简单的类层次结构:

scala> class Animal { val sound = "rustle" }
defined class Animal

scala> class Bird extends Animal { override val sound = "call" }
defined class Bird

scala> class Chicken extends Bird { override val sound = "cluck" }
defined class Chicken

假设你需要一个以Bird为参数的函数:

scala> val getTweet: (Bird => String) = // TODO

标准动物库有一个函数满足了你的需求,但它的参数是Animal。在大多数情况下,如果你说“我需要一个___,我有一个___的子类”是可以的。但是,在函数参数这里是逆变的。如果你需要一个参数为Bird的函数,并且指向一个参数为Chicken的函数,那么给它传入一个Duck时就会出错。但指向一个参数为Animal的函数就是可以的:

scala> val getTweet: (Bird => String) = ((a: Animal) => a.sound )
getTweet: Bird => String = <function1>

函数的返回值类型是协变的。如果你需要一个返回Bird的函数,但指向的函数返回类型是Chicken,这当然是可以的。

scala> val hatch: (() => Bird) = (() => new Chicken )
hatch: () => Bird = <function0>

边界

Scala允许你通过 边界 来限制多态变量。这些边界表达了子类型关系。

scala> def cacophony[T](things: Seq[T]) = things map (_.sound)
<console>:7: error: value sound is not a member of type parameter T
def cacophony[T](things: Seq[T]) = things map (_.sound)
^

scala> def biophony[T <: Animal](things: Seq[T]) = things map (_.sound)
biophony: [T <: Animal](things: Seq[T])Seq[java.lang.String]

scala> biophony(Seq(new Chicken, new Bird))
res5: Seq[java.lang.String] = List(cluck, call)

类型下界也是支持的,这让逆变和巧妙协变的引入得心应手。List[+T]是协变的;一个Bird的列表也是Animal的列表。List定义一个操作::(elem T)返回一个加入了elem的新的List。新的List和原来的列表具有相同的类型:

scala> val flock = List(new Bird, new Bird)
flock: List[Bird] = List(Bird@7e1ec70e, Bird@169ea8d2)

scala> new Chicken :: flock
res53: List[Bird] = List(Chicken@56fbda05, Bird@7e1ec70e, Bird@169ea8d2)

List 同样 定义了::[B >: T](x: B) 来返回一个List[B]。请注意B >: T,这指明了类型B为类型T的超类。这个方法让我们能够做正确地处理在一个List[Bird]前面加一个Animal的操作:

scala> new Animal :: flock
res59: List[Animal] = List(Animal@11f8d3a8, Bird@7e1ec70e, Bird@169ea8d2)

注意返回类型是Animal