Scala 的抽象成员

Key Words: abstract member, pre-initialized fields, lazy vals, path-dependent types, enumerations

抽象成员(Abstract Members)

类或是特质的成员是否是抽象的,主要取决于该成员在其中是否有完整的定义
抽象成员在类或特质中被声明,由子类来进行实现

除了抽象方法、在 Scala 中,还可以声明抽象字段,甚至是抽象类型(types)作为一个类或是特质的成员

在 Scala 中,有四类成员的抽象,vals, vars, methodstypes,如下所示:

trait Abstract {
  type T
  def transform(x: T): T
  val initial: T
  var current: T
}

使用type关键字来声明一个抽象类型,该类型没有指定确切的定义

在 Scala 中,抽象类和特质都不被称为抽象类型。抽象类型总是作为抽象类或特质的成员存在,而抽象成员在具体类(Concrete)中,作为别名的形式存在

抽象类型的两个用途:
1.为冗长的类名提供简化的方式
2.声明的抽象类型要求在子类中被定义

抽象不变值(vals)

抽象不变值(abstract val)约束着它的逻辑实现:只能由不变值(val)来进行定义,不能由 var 或是 def 来进行定义

抽象方法(无参)却可以由 def 或 val 进行定义

抽象不变值的初始化

对于不变值初始化的理解,需要记住的是,作为类参数,是在类初始化之前被求值;作为特质的抽象不变值,按照正常的匿名类的初始化方式,是在特质初始化之后被求值,这就可能导致相关的问题。应对的方案是预初始化(pre-initialized fields)惰性求值(lazy vals)两种方式

trait RationalTrait {
  val numerArg: Int
  val denomArg: Int 
}

class Rational(numer: Int, denom: Int)

// 在 RationalTrait 初始化完成之后 expr1,expr2 进行求值
new RationalTrait {
  val numerArg = expr1
  val denomArg = expr2
}

// 在 Ratinal 初始化之前 expr1,expr2 被求值
new Rational(expr1, expr2)

鉴于特质中抽象不变值的初始化顺序可能造成的问题,使用预初始化来精准控制初始化顺序,或者惰性求值来进行延时处理字段的初始化

// 预初始化
new {
  val numerArg = expr1
  val denomArg = expr2
} with RationalTrait

// 惰性求值
trait RatinalTrait {
  lazy val numerArg: Int
  lazy val denomArg: Int
}

new RationalTrait {
  val numerArg = expr1
  val denomArg = expr2
}

抽象可变值(vars)

抽象可变值有着特别的地方。如果在类中定义一个 var 成员,编译器会自动给该成员加上 getter 和 setter 方法。那么声明一个抽象的 var,编译器也会隐式地给该成员添加 getter 和 setter,但是没有可赋值的字段被定义,如下所示:

trait Foo {
  var bar: String
}

// 和下面的代码是等效的

trait Foo {
  def bar: String
  def bar_=(x: String)
}

抽象可变值可以在子类中使用 var 或是 def 进行定义,但是有些地方需要注意

trait Foo {
  var bar: String
}

// 使用 var 进行定义
class ConcreteFoo extends Foo {
    override var bar: String = "hello"
}

// 使用 def 进行定义
class ConcreteFoo extends Foo {
    override def bar: String = "hello"
    override def bar_=(x: String) = x
}

上述代码示例中,可以编译通过,但是bar_=方法却没有实际的意义,因为没有一个可赋值字段来承载 x 的值

抽象类型(Abstract Types)

抽象类型的声明是某种需要在子类中进行具体化的占位符,也就是说具体的定义落到继承体系的底层

通常抽象类型的使用会配合上界的约束来进行,如下所示:

class Food
abstract class Animal {
  type SuitableFood <: Food
  def eat(food: SuitableFood)
}

路径依赖类型(Path-dependent types)

路径依赖类型中的“路径”指的是一个对象的变量名称,如farm.barn.bessy,farm,barn,bessy都是对象的变量名称

通过名字可以理解,这个类型是依赖路径的,不同的路径给出不同的类型

和 Java 内部类的区别

1.路径依赖类型命名(names)外部对象,而内部类命名外部类名
2.在 Scala 中用Outer#Inner来表达,而 Java 用Outer.Inner

其他

1.路径依赖类型的实例持有一个外部对象的引用
2.不能直接使用new Outer#Inner来初始化路径依赖类型

改良类型(Refinement Types)

所谓的改良类型,就是结构化的子类型(structural subtyping),因为子类型之间含有相兼容的成员(compatible members),通过它能够得到一个简单的子类型关系

与结构子类型对应的就是名义子类型(Nominal subtyping),其通常更为方便,拥有简短的标识符,因此更为简单,而不像结构子类型显示的列出成员类型

可是结构子类型通常更为灵活(flexible),能够抽象出很多有趣的事情

// animal that eats grass
Animal { type SuitableFood = Grass }

class Pastrue {
  var animals: List[Animal { type SuitableFood = Grass}] = Nil
}

枚举

枚举在 Scala 中是路径依赖类型的应用案例

object Color extends Enumeration {
  val Red, Green, Blue = Value
}

Color.Value 就是 Red,Green,Blue 的路径依赖类型

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