高级类型
最后更新于：2022-04-01 03:05:10
课程内容：
[TOC=2,2]
## 视界（“类型类”）
有时候，你并不需要指定一个类型是等/子/超于另一个类，你可以通过转换这个类来伪装这种关联关系。一个视界指定一个类型可以被“看作是”另一个类型。这对对象的只读操作是很有用的。
**隐** 函数允许类型自动转换。更确切地说，在隐式函数可以帮助满足类型推断时，它们允许按需的函数应用。例如：
~~~
scala> implicit def strToInt(x: String) = x.toInt
strToInt: (x: String)Int
scala> "123"
res0: java.lang.String = 123
scala> val y: Int = "123"
y: Int = 123
scala> math.max("123", 111)
res1: Int = 123
~~~
视界，就像类型边界，要求对给定的类型存在这样一个函数。您可以使用`<%`指定类型限制，例如：
~~~
scala> class Container[A <% Int] { def addIt(x: A) = 123 + x }
defined class Container
~~~
这是说 **A** 必须“可被视”为 **Int** 。让我们试试。
~~~
scala> (new Container[String]).addIt("123")
res11: Int = 246
scala> (new Container[Int]).addIt(123)
res12: Int = 246
scala> (new Container[Float]).addIt(123.2F)
<console>:8: error: could not find implicit value for evidence parameter of type (Float) => Int
(new Container[Float]).addIt(123.2)
^
~~~
## 其他类型限制
方法可以通过隐含参数执行更复杂的类型限制。例如，`List`支持对数字内容执行`sum`，但对其他内容却不行。可是Scala的数字类型并不都共享一个超类，所以我们不能使用`T <: Number`。相反，要使之能工作，Scala的math库[对适当的类型T 定义了一个隐含的`Numeric[T]`](http://www.azavea.com/blogs/labs/2011/06/scalas-numeric-type-class-pt-1/)。 然后在`List`定义中使用它：
~~~
sum[B >: A](implicit num: Numeric[B]): B
~~~
如果你调用`List(1,2).sum()`，你并不需要传入一个 *num* 参数；它是隐式设置的。但如果你调用`List("whoop").sum()`，它会抱怨无法设置`num`。
在没有设定陌生的对象为`Numeric`的时候，方法可能会要求某种特定类型的“证据”。这时可以使用以下类型-关系运算符：
| A =:= B | A 必须和 B相等 |
| A <:< B | A 必须是 B的子类 |
| A <%< B | A 必须可以被看做是 B |
~~~
scala> class Container[A](value: A) { def addIt(implicit evidence: A =:= Int) = 123 + value }
defined class Container
scala> (new Container(123)).addIt
res11: Int = 246
scala> (new Container("123")).addIt
<console>:10: error: could not find implicit value for parameter evidence: =:=[java.lang.String,Int]
~~~
类似地，根据之前的隐式转换，我们可以放松约束为可视性：
~~~
scala> class Container[A](value: A) { def addIt(implicit evidence: A <%< Int) = 123 + value }
defined class Container
scala> (new Container("123")).addIt
res15: Int = 246
~~~
### 使用视图进行泛型编程
在Scala标准库中，视图主要用于实现集合的通用函数。例如“min”函数（在 **Seq[]** 上）就使用了这种技术：
~~~
def min[B >: A](implicit cmp: Ordering[B]): A = {
if (isEmpty)
throw new UnsupportedOperationException("empty.min")
reduceLeft((x, y) => if (cmp.lteq(x, y)) x else y)
}
~~~
其主要优点是：
* 集合中的元素并不是必须实现 **Ordered** 特质，但 **Ordered** 的使用仍然可以执行静态类型检查。
* 无需任何额外的库支持，你也可以定义自己的排序：
~~~
scala> List(1,2,3,4).min
res0: Int = 1
scala> List(1,2,3,4).min(new Ordering[Int] { def compare(a: Int, b: Int) = b compare a })
res3: Int = 4
~~~
作为旁注，标准库中有视图来将 **Ordered** 转换为 **Ordering** （反之亦然）。
~~~
trait LowPriorityOrderingImplicits {
implicit def ordered[A <: Ordered[A]]: Ordering[A] = new Ordering[A] {
def compare(x: A, y: A) = x.compare(y)
}
}
~~~
#### 上下文边界和implicitly[]
Scala2.8引入了一种串联和访问隐式参数的快捷方式。
~~~
scala> def foo[A](implicit x: Ordered[A]) {}
foo: [A](implicit x: Ordered[A])Unit
scala> def foo[A : Ordered] {}
foo: [A](implicit evidence$1: Ordered[A])Unit
~~~
隐式值可能会通过 **implicitly** 被访问
~~~
scala> implicitly[Ordering[Int]]
res37: Ordering[Int] = scala.math.Ordering$Int$@3a9291cf
~~~
相结合后往往会使用更少的代码，尤其是串联视图的时候。
## 更高级多态性类型 和 特设多态性
Scala可以对“更高阶”的类型进行抽象。例如，假设您需要用几种类型的容器处理几种类型的数据。你可能定义了一个`Container`的接口，它可以被实现为几种类型的容器：`Option`、`List`等。你要定义可以使用这些容器里的值的接口，但不想确定值的类型。
这类似与函数柯里化。例如，尽管“一元类型”有类似`List[A]`的构造函数，这意味着我们必须满足一个“级别”的类型变量来产生一个具体的类型（就像一个没有柯里化的函数需要只提供一个参数列表来被调用），更高阶的类型需要更多。
~~~
scala> trait Container[M[_]] { def put[A](x: A): M[A]; def get[A](m: M[A]): A }
scala> val container = new Container[List] { def put[A](x: A) = List(x); def get[A](m: List[A]) = m.head }
container: java.lang.Object with Container[List] = $anon$1@7c8e3f75
scala> container.put("hey")
res24: List[java.lang.String] = List(hey)
scala> container.put(123)
res25: List[Int] = List(123)
~~~
注意：*Container*是参数化类型的多态（“容器类型”）。
如果我们结合隐式转换implicits使用容器，我们会得到“特设的”多态性：即对容器写泛型函数的能力。
~~~
scala> trait Container[M[_]] { def put[A](x: A): M[A]; def get[A](m: M[A]): A }
scala> implicit val listContainer = new Container[List] { def put[A](x: A) = List(x); def get[A](m: List[A]) = m.head }
scala> implicit val optionContainer = new Container[Some] { def put[A](x: A) = Some(x); def get[A](m: Some[A]) = m.get }
scala> def tupleize[M[_]: Container, A, B](fst: M[A], snd: M[B]) = {
| val c = implicitly[Container[M]]
| c.put(c.get(fst), c.get(snd))
| }
tupleize: [M[_],A,B](fst: M[A],snd: M[B])(implicit evidence$1: Container[M])M[(A, B)]
scala> tupleize(Some(1), Some(2))
res33: Some[(Int, Int)] = Some((1,2))
scala> tupleize(List(1), List(2))
res34: List[(Int, Int)] = List((1,2))
~~~
## F-界多态性
通常有必要来访问一个（泛型）特质的具体子类。例如，想象你有一些泛型特质，但需要可以与它的某一子类进行比较。
~~~
trait Container extends Ordered[Container]
~~~
然而，现在比较方法是必须的了
~~~
def compare(that: Container): Int
~~~
因此，我们不能访问具体子类型，例如：
~~~
class MyContainer extends Container {
def compare(that: MyContainer): Int
}
~~~
编译失败，因为我们对 **Container** 指定了Ordered特质，而不是对特定子类型指定的。
为了调和这一点，我们改用F-界的多态性。
~~~
trait Container[A <: Container[A]] extends Ordered[A]
~~~
奇怪的类型！但可以看到怎样对 **A** 实现了Ordered参数化，它本身就是 **Container[A]**
所以，现在
~~~
class MyContainer extends Container[MyContainer] {
def compare(that: MyContainer) = 0
}
~~~
他们是有序的了：
~~~
scala> List(new MyContainer, new MyContainer, new MyContainer)
res3: List[MyContainer] = List(MyContainer@30f02a6d, MyContainer@67717334, MyContainer@49428ffa)
scala> List(new MyContainer, new MyContainer, new MyContainer).min
res4: MyContainer = MyContainer@33dfeb30
~~~
鉴于他们都是 **Container[_]** 的子类型，我们可以定义另一个子类并创建 **Container[_]** 的一个混合列表：
~~~
scala> class YourContainer extends Container[YourContainer] { def compare(that: YourContainer) = 0 }
defined class YourContainer
scala> List(new MyContainer, new MyContainer, new MyContainer, new YourContainer)
res2: List[Container[_ >: YourContainer with MyContainer <: Container[_ >: YourContainer with MyContainer <: ScalaObject]]]
= List(MyContainer@3be5d207, MyContainer@6d3fe849, MyContainer@7eab48a7, YourContainer@1f2f0ce9)
~~~
注意结果类型是怎样成为 **YourContainer 和 MyContainer** 类型确定的下界。这是类型推断的工作。有趣的是，这种类型甚至不需要是有意义的，它只是提供了一个合乎逻辑的最大下界为列表的统一类型。如果现在我们尝试使用 **Ordered** 会发生什么？
~~~
(new MyContainer, new MyContainer, new MyContainer, new YourContainer).min
<console>:9: error: could not find implicit value for parameter cmp:
Ordering[Container[_ >: YourContainer with MyContainer <: Container[_ >: YourContainer with MyContainer <: ScalaObject]]]
~~~
对统一的类型 **Ordered[]**不存在了。太糟糕了。
## 结构类型
Scala 支持 **结构类型 structural types** — 类型需求由接口 *构造* 表示，而不是由具体的类型表示。
~~~
scala> def foo(x: { def get: Int }) = 123 + x.get
foo: (x: AnyRef{def get: Int})Int
scala> foo(new { def get = 10 })
res0: Int = 133
~~~
这可能在很多场景都是相当不错的，但这个实现中使用了反射，所以要注意性能！
## 抽象类型成员
在特质中，你可以让类型成员保持抽象。
~~~
scala> trait Foo { type A; val x: A; def getX: A = x }
defined trait Foo
scala> (new Foo { type A = Int; val x = 123 }).getX
res3: Int = 123
scala> (new Foo { type A = String; val x = "hey" }).getX
res4: java.lang.String = hey
~~~
在做依赖注入等情况下，这往往是一个有用的技巧。
您可以使用hash操作符来引用一个抽象类型的变量：
~~~
scala> trait Foo[M[_]] { type t[A] = M[A] }
defined trait Foo
scala> val x: Foo[List]#t[Int] = List(1)
x: List[Int] = List(1)
~~~
## 类型擦除和清单
正如我们所知道的，类型信息在编译的时候会因为 *擦除* 而丢失。 Scala的 **清单（Manifests）** 功能，使我们能够选择性地恢复类型信息。清单提供了一个隐含值，根据需要由编译器生成。
~~~
scala> class MakeFoo[A](implicit manifest: Manifest[A]) { def make: A = manifest.erasure.newInstance.asInstanceOf[A] }
scala> (new MakeFoo[String]).make
res10: String = ""
~~~
## 案例分析: Finagle
参见: https://github.com/twitter/finagle
~~~
trait Service[-Req, +Rep] extends (Req => Future[Rep])
trait Filter[-ReqIn, +RepOut, +ReqOut, -RepIn]
extends ((ReqIn, Service[ReqOut, RepIn]) => Future[RepOut])
{
def andThen[Req2, Rep2](next: Filter[ReqOut, RepIn, Req2, Rep2]) =
new Filter[ReqIn, RepOut, Req2, Rep2] {
def apply(request: ReqIn, service: Service[Req2, Rep2]) = {
Filter.this.apply(request, new Service[ReqOut, RepIn] {
def apply(request: ReqOut): Future[RepIn] = next(request, service)
override def release() = service.release()
override def isAvailable = service.isAvailable
})
}
}
def andThen(service: Service[ReqOut, RepIn]) = new Service[ReqIn, RepOut] {
private[this] val refcounted = new RefcountedService(service)
def apply(request: ReqIn) = Filter.this.apply(request, refcounted)
override def release() = refcounted.release()
override def isAvailable = refcounted.isAvailable
}
}
~~~
一个服务可以通过过滤器对请求进行身份验证。
~~~
trait RequestWithCredentials extends Request {
def credentials: Credentials
}
class CredentialsFilter(credentialsParser: CredentialsParser)
extends Filter[Request, Response, RequestWithCredentials, Response]
{
def apply(request: Request, service: Service[RequestWithCredentials, Response]): Future[Response] = {
val requestWithCredentials = new RequestWrapper with RequestWithCredentials {
val underlying = request
val credentials = credentialsParser(request) getOrElse NullCredentials
}
service(requestWithCredentials)
}
}
~~~
注意底层服务是如何需要对请求进行身份验证的，而且还是静态验证。因此，过滤器可以被看作是服务转换器。
许多过滤器可以被组合在一起：
~~~
val upFilter =
logTransaction andThen
handleExceptions andThen
extractCredentials andThen
homeUser andThen
authenticate andThen
route
~~~
享用安全的类型吧!
Built at [@twitter](http://twitter.com/twitter) by [@stevej](http://twitter.com/stevej), [@marius](http://twitter.com/marius), and [@lahosken](http://twitter.com/lahosken) with much help from [@evanm](http://twitter.com/evanm), [@sprsquish](http://twitter.com/sprsquish), [@kevino](http://twitter.com/kevino), [@zuercher](http://twitter.com/zuercher), [@timtrueman](http://twitter.com/timtrueman), [@wickman](http://twitter.com/wickman), and[@mccv](http://twitter.com/mccv); Russian translation by [appigram](https://github.com/appigram); Chinese simple translation by [jasonqu](https://github.com/jasonqu); Korean translation by [enshahar](https://github.com/enshahar);
Licensed under the [Apache License v2.0](http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0).