Scala中的泛型编程

简介

在Java或者C++里面，像列表（List）这些数据结构，在编写的时候，都不需要指定其中元素的类型，而是构造的时候指定，这一特性就称为泛型。同样，Scala中也提供了泛型，而且功能比Java的泛型更加强大。

List<String> strList = new ArrayList<String>();
strList.add("one");
strList.add("two");
strList.add("three");

String one = strList.get(0); 
// 泛型拿数据不必进行类型转换，不使用泛型的话需要对类型进行转换

类型参数化(type parameterlization)

scala中的泛型称为类型参数化(type parameterlization)。语法跟java不一样，使用[]表示类型。

方法的泛型

一个使用类型参数化的方法：

def position[A](xs: List[A],value: A): Int = {
    xs.indexOf(value)
}

position(List(1,2,3),1) // 0
position(List("one","two","three"),"two") // 1

稍微复杂点的类型参数化，实现一个map函数，需要一个List和一个函数作为参数：

普通的map方法：

List(1,3) map { _ * 2 }  // List[Int] = List(2,4,6)
List(1,3) map { _ + "2" }  // List[String] = List(12,22,32)

使用泛型实现的map方法：

def map[A,B](list:List[A],func: A => B) = list.map(func)

map(List(1,{ num: Int => num + "2" }) // List[String] = List(12,32)
map(List(1,{ num: Int => num * 2 }) // List[Int] = List(2,6) 

类的泛型

可以给一个类添加泛型，这样，在编写的时候就不需要考虑这一类型的具体情况，而是使用一个标记来注明。

class Pair[K,V] (val key: K,val value: V)

类似构造函数，如果要继承的类包括泛型，那么继承时也需要写泛型的类型：

class SimplePair[T] (key: T,value: T) extends Pair[T,T](key,value)

不过这里Pair的泛型其实是可以通过构造函数传值的类型猜测出来的，所以可以省略：

class SimplePair[T] (key: T,value: T) extends Pair(key,value)

这样，类名在声明或者新建实例的时候也需要写明泛型的类型：

val p1: Pair[Int,String] = new Pair[Int,String](1,"abc")
val p2 = new Pair(1,"abc") //可以猜到的类型和泛型设定都被省略掉了

泛型的上下界

类型变量界定是指在泛型的基础上，对泛型的范围进行进一步的界定，从而缩下泛型的具体范围。

在定义泛型的时候，用<:和>:规定泛型元素的上下界（在某些地方也会用这两个符号表示子类和父类），

 ```scala class A class B extends A class C extends B class D extends C class E extends D class T1[T >: B] class T2[T <: B] class T3[T >: D <: B] class T4[T <: B with Ordered[T]] // 可以使用with关键字对多个特征进行限定 // 在继承B的同时还要求有可排序的性质 new T1[A] //new T1[C] 不能通过编译 //new T2[A] 不能通过编译 new T2[C] //new T3[A] 不能通过编译 new T3[B] new T3[C] new T3[D] //new T3[E] 不能通过编译 ```` 这样做的作用有很多，比如，可以限定方法的实现 下面的类是不能通过编译的，因为泛型T在编译的时候不能确定其具体类型，而并不是所有的类中都存在compareTo方法。 <div class="se-preview-section-delimiter"></div> ```scala class TypeVariableBound { def compare[T](first:T,second:T)={ if (first.compareTo(second)>0) first else second } } object TypeVariableBound{ def main(args: Array[String]): Unit = { val tvb=new TypeVariableBound println(tvb.compare("A","B")) } }

如果在使TypeVariableBound类编译通过，此时可以利用类型变量界定对泛型T进行界定，指明所有的泛型T都实现了Comparable接口，代码如下：

class TypeVariableBound {
  //采用<:进行类型变量界定
  //该语法的意思是泛型T必须是实现了Comparable
  //接口的类型
  def compare[T <: Comparable[T]](first:T,second:T)={
    if (first.compareTo(second)>0) 
      first 
    else 
      second
  }
}

object TypeVariableBound{
  def main(args: Array[String]): Unit = {
      val tvb=new TypeVariableBound
      //由于String类型实现了Comparable接口
      //下面这种使用方式是合法的
      println(tvb.compare("A","B"))
   }
}

当然这只是其中一个应用而已。

可以对比一下Java的语法

def upperBound[A <: Animal](list: ListBuffer[A]): Unit = { 
    list += new Animal("123")   // compile error
    val obj: AnyRef = list(0)   // ok
    val a1: Animal = list(0)    // ok
    val a2: Cat = list(0)       // compile error
} 

def lowerBound[A >: Animal](list: ListBuffer[A]): Unit = { 
    list += new Animal()        // ok
    list += new Cat()           // ok
    val obj1: Any = list(0)     // ok
    val obj2: Animal = list(0)  // compile error
}

public void upperBound(List<? extends Number> l) {
    Object obj = l.get(0); // Number是Object的子类，使用Object可以代替Number。
    Number num = l.get(0);
    Integet i = l.get(0); // compile error
    l.add(new Integer(1)); // compile error
}

public static void lowerBound(List<? super Number> l) {
    l.add(new Integer(1));
    l.add(new Float(2));
    Object obj = l.get(0);
    Number num = l.get(0); // compile error
}

视图界定（View Bound)

类型变量界定建立在类继承层次结构的基础上，但有时候这种限定不能满足实际要求。如果希望跨越类继承层次结构时，可以使用视图界定来实现的，其后面的原理是通过隐式转换来实现。视图界定利用<%符号来实现，在上一节中提到：

//使用的是类型变量界定
case class Student[T,S <: Comparable[S]](var name:T,var height:S)
object ViewBound extends App{

  val s= Student("john","170")
  //下面这条语句不合法，这是因为
  //Int类型没有实现Comparable接口
  val s2= Student("john",170)
}

上面这个问题可以通过视图界定来解决，代码如下：

//利用<%符号对泛型S进行限定
//它的意思是S可以是Comparable类继承层次结构
//中实现了Comparable接口的类
//也可以是能够经过隐式转换得到的类,该类实现了
//Comparable接口
case class Student[T,S <% Comparable[S]](var name:T,var height:S)


object ViewBound extends App{
  val s= Student("john","170")
  //下面这条语句在视图界定中是合法的
  val s2= Student("john",170)
}

Int类型会隐式转换为RichInt类，而RichInt类属于Comparable继承层次结构

协变和逆变

协变(covariance)：对于一个带类型参数的类型，比如List[T]，如果对A及其子类型B，满足List[B]也符合List[A]的子类型，那么就称为协变，用加号表示。比如 MyType[+A]。

逆变(contravariance)：如果List[A]是List[B]的子类型，用减号表示。比如MyType[+B]。

如果一个类型支持协变或逆变，则称这个类型为可变的(variance)，否则称为不可变的(invariant)。在java里，泛型类型都是不可变的，比如List<String>并不是List<Object>的子类。

trait A[T]
class C[T] extends A[T]
class Parent; class Child extends Parent
val c1:C[Parent] = new C[Parent] // ok
val c2:C[Parent] = new C[Child] // error,Child <: Parent,but class C is invariant in type T.

协变

上面的例子提示已经很明确了。类C是不可变的，改成协变即可。

trait A[+T]
class C[+T] extends A[T]
class Parent; class Child extends Parent
val c1: C[Parent] = new C[Parent] // ok
val c2: C[Parent] = new C[Child]  // ok

scala中List就是一个协变类。

val list:List[Parent] = List[Child](new Child())

逆变

逆变概念与协变相反。

trait A[-T]
class C[-T] extends A[T]
class Parent; class Child extends Parent
val c: C[Parent] = new C[Parent] // ok
val c: C[Child] = new C[Parent]  // ok

这两种变化其实就是表示可以从子类还是父类进行赋值或者类型转化。

函数

现在有两个函数类型

type A = Parent => Child
type B = Child => Parent

所以A和B，哪个是父类，哪个是子类？

A是子类，B是父类。

对于一个函数类型，如果A2 <: A1且B1 <: B2，那么A1 => B1 <: A2 => B2。

协变逆变注意点

1. 通常来说，不是准确地定义

协变类型参数一般作为函数的结果；
逆变类型参数一般作为传入方法的参数；
不变参类型参数可以在任意地方出现。

1. 逆变协变并不会被继承，父类声明为逆变或协变，子类如果想要保持，任需要声明：

trait A[+T]
class C[T] extends A[T] // C是不可变的，因为它不是逆变或协变。
class D[+T] extends A[T] // D是可变的，是协变
class E[-T] extends A[T] // E是可变的，是逆变

参考资料

1. Java-泛型编程-类型擦除(Type Erasure)
2. 【Scala类型系统】类型参数化和变化型注解
3. [译]Scala泛型类