【连载】Scala程序设计：Java虚拟机多核编程实战——Scala步入正轨

     你可以基于自己已有的Java技能学习Scala。在本章中，我们从熟悉的地方——Java代码——出发，向Scala前进。Scala在一些地方同Java类似，但差异之处更是不胜枚举。Scala偏爱纯粹的面向对象，但是它也会尽可能的把类型映射为Java类型。Scala支持类Java的命令式编程风格，同时也支持函数式风格。启动你最喜爱的编辑器，我们要开启Scala之旅了！

 

3.1　把Scala当作简洁的Java

 

     Scala拥有非常高的代码密度——键入更少却获得更多。我们从一段Java代码的例子开始：

 

 
     输出如下：
 
     Scala使上面的代码变得更简洁。首先，它并不关心是否使用分号。其次，在如此简单的例子里，把代码放到Greetings类里并没有什么真正的益处，因此，可以去掉。再次，没有必要指定变量i的类型。Scala很聪明，足以推演出i是一个整数。最后，Scala使用println输出字符串，不必键入System.out.println。把上面的代码简化成Scala，如下：
 
      运行上面的Scala脚本，键入scala Greetings.scala，或是在IDE里运行。
你应该看到这样的输出：
 
      Scala的循环结构相当轻量级。只要说明索引i的值是从1到3即可。箭头（<-）左边定义了一个val，而不是var（参见下面的注解），右边是一个生成器表达式（generator expression）。每次循环都会创建一个新的val，用产生出来的连续值进行初始化。
                               val vs. var
      不管是val还是var，都可以用来定义变量。用val定义的变量是不可变的，初始化之后，值就固定下来了。用var定义的变量是可变的，修改多少次都行。
      这里的不变性指的是变量本身，而不是变量所引用的实例。比如说，如果写val buffer = new StringBuffer()，就不能把buffer指向其他的引用。但我们依然可以用诸如append()之类的方法来修改StringBuffer的实例。
      另外，如果用val str = "hello"定义了一个String的实例，就不能再做修改了，因为String本身也是不可变的。要想让一个类的实例不可变，可以把它的所有字段都定义为val，然后只提供读取实例状态的方法，不提供修改的方法。
      在Scala里，应该尽量优先使用val，而不是var；这可以提升不变性和函数式风格。
      上面代码产生的范围包含了下界（1）和上界（3）。用until()方法替换to()方法，就可以从范围内排除上界。
 
      你会看到如下输出：
 
      是的，你没听错。我确实说to()是方法了。实际上，to()和until()都是RichInt的方法 ，这个类型是由Int隐式转换而来的，而Int是变量i的推演类型。这两个函数返回的是一个Range的实例。因此，调用1 to 3等价于1.to(3)，但前者更优雅。在下面的注解中，我们会更多的讨论这一迷人的特性。
                  点和括号是可选的
      如果方法有0或1个参数，点和括号是可以丢掉的。如果方法的参数多于一个，就必须使用括号，但是点仍然是可选的。你已经看到这样做的益处：a+b实际上是a.+(b)，1 to 3实际上是1.to(3)。
      利用这样轻量级语法的优势，可以创建出读起来更自然的代码。比如，假设为类Car定义了一个turn()方法：
 
      用轻量级语法调用上面的方法，如下：
 
      享受可选的点和括号，削减代码中的杂乱吧！
      在上面的例子里，看上去是在循环迭代中给i重新赋了值。然而，i并不是一个var，而是一个val。每次循环都创建一个不同的val，名字叫做i。注意，我们不可能由于疏忽在循环里修改了i的值，因为i是不变的。这里，我们已经悄然向函数式风格迈进了一步。
      使用foreach()，还可以用更贴近函数式的风格执行循环：
 
      输出如下：
 

     上面的例子很简洁，没有赋值。我们用到了Range类的foreach()方法。这个方法以一个函数值作为参数。所以，要在括号里面提供一段代码体，接收一个实参，在这个例子里面命名为i。=>将左边的参数列表和右边的实现分离开来。

 

3.2　Java基本类型对应的Scala类

 

      Java世界呈现出一个割裂的现象，有对象，有基本类型，比如int、double等。Scala把一切都视为对象。
      Java把基本类型同对象区分对待。从Java 5开始，自动装箱可以为对象方法传递基本类型。然而，Java不支持在基本类型上调用方法，像这样：2.toString()。
     与之不同的是，Scala把一切都视为对象。也就是说可以在字面量上调用对象，就像调用对象方法一样。下面的代码创建了一个Scala的Int实例，将其传给java.util. ArrayList的ensureCapacity()方法，这个方法需要传入一个Java基本类型int。
 
      在上面的代码里 ，Scala悄悄地把Scala.Int当作Java的基本类型Int。其结果是不会在运行时因为类型转换而带来性能损耗。
      类似的魔法还有，对Int调用类似于to()这样的方法，比如，1.to(3)或是1 to 3。当Scala确定Int无法满足要求时，就会悄悄地应用intWrapper()方法把Int转化 为scala.runtime.RichInt，然后调用它的to()方法。

      诸如RichInt，RichDouble，RichBoolean之类的类，叫做富封装类。这些类表示Java的基本类型和字符串，它们提供了一些便捷方法，可以在Scala类里使用。

 

3.3　元组与多重赋值

 

      假定有个函数要返回多个值。比如，返回一个人的名、姓和email地址。如果使用Java的话，一种方式是返回一个PersonInfo类的实例，其中包括与那些数据对应的字段。另一种方式是返回一个包含这些值的String[]或ArrayList，然后对结果进行循环，取出这些值。Scala提供了一种更简单的方式做这件事：元组和多重赋值。
      元组是一个不变的对象序列，可以用逗号分隔的值进行创建。比如，下面表示一个有3个对象的元组：("Venkat", "Subramaniam", "venkats@agiledeveloper.com")。
元组元素可以同时赋给多个var或val，如下面这个例子所示：
 
      执行这段代码的输出如下：
 
      如果尝试将方法结果赋给数量不一致的变量会怎么样呢？Scala会密切地关注你，一旦这种情况发生，它就会报错。如果是编译代码，而不是作为脚本执行，Scala在编译时就会提示错误。比如，下面这个例子，将方法调用的结果赋值给数量少于元组个数的变量。
 
     Scala会报告这样的错误：
 
     就算不赋值，也可以访问元组里的单个元素。比如，如果执行了val info = getPer- sonInfo(1)，就可以用这样的语法info._1，访问第一个元素，第二个用info._2，以此类推。

元组不仅仅对多重赋值中有用。在并发编程里，使用元组可以把一组数据值作为消息在Actor之间传递（它们不变的属性刚好在这里派得上用场）。如此简洁的语法会让消息发送端的代码极为精炼。在接收端，使用模式匹配会让接收和处理消息变得简单，在9.3节“匹配元组和list”中会详细介绍。

 

3.4　字符串与多行原始字符串

 

      Scala的字符串只不过是java.lang.String，可以按照Java的方式使用字符串。不过，Scala还为使用字符串提供了一些额外的便利。
      Scala可以自动把String转换成scala.runtime.RichString——这样你就可以无缝地使用诸如capitalize()、lines()和reverse这样一些便捷的方法 。
      在Scala里，创建多行字符串真的很容易，只要把多行字符串放在3个双引号间（"""..."""）即可。这是Scala对于here document，或者叫heredoc的支持。这里，我们创建了一个3行长的字符串：
 
      输出如下：
 
      Scala允许在字符串里嵌入双引号。Scala会将三个双引号里的内容保持原样，在Scala里，称为原始字符串。实际上，Scala处理字符串有些望文生义；如果不想把代码里的缩进带到字符串里，可以用RichString的便捷方法stripMargin()，像这样：
 
      stripMargin()会去掉先导管道符（|）前所有的空白或控制字符。如果出现在其他地方，而不是每行的开始，就会保留管道符。如果出于某种原因，这个符号有特殊的用途，可以用stripMargin()方法的变体，接收你所选择的其他边缘（margin）字符。上面代码的输出如下：
 

      创建正则表达式时，你会发现原始字符串非常有用。键入和阅读"""\d2:\d2"""可比"\\d2:\\d2"容易。

 

3.5　自适应的默认做法

 

      Scala有一些默认做法，会让代码更简洁、更易读写。下面列了几个这样的特性：
?    它支持脚本，无需将所有的代码都放到类里。如果脚本可以满足需求，就把可执行代码直接放到文件里，而不必弄出一个没必要的垃圾类。
?    return是可选的。方法调用会自动返回最后求值的表达式，假定它符合方法声明的返回类型。不显式地放置return会使代码更简洁，特别是传闭包做方法参数时。
?    分号（;）是可选的。不必在每个语句的后面都写上分号 ，这会使代码更简洁。如果想在同一行内放多条语句，可以用分号进行分隔。Scala很聪明，能识别出语句是否完整，如果语句包含多行可以在下一行继续输入。
?    类和方法默认是public，因此不必显式使用public关键字。
?    Scala提供了轻量级的语法创建JavaBean——用更少的代码创建变量和final属性（参见4.1节，“创建类”）。
?    不会强制捕获一些不关心的异常（参见13.1节，“异常处理”），降低了代码规模，也避免了不恰当的异常处理。
另外，默认情况下，Scala会导入两个包和scala.Predef对象，以及相应的类和成员。只要用类名，就可以引用这些预导入的包。Scala按如下顺序将内容全部导入：
?    java.lang
?    scala
?    scala.Predef
     包含java.lang让你无需在脚本中导入任何东西就可以使用常用的Java类型。比如，使用String时，无需加上java.lang的包名，也不必导入。
     因为scala包中的所有内容都导入了，所以也可以很容易地使用Scala的类型。
     Predef对象包含了类型，隐式转换，以及Scala中常用的方法。既然这些类是默认导入的，不需要任何前缀，也无需导入，即可使用这些方法和转换。这些操作非常便捷，以至于刚开始，你会把它们当作是语言的一部分，实际上，它们是Scala程序库的一部分。

     Predef对象也为诸如scala.collection.immutable.Set和scala.collection. immutable.Map这样的东西提供了别名。比如，引用Set或Map，实际上引用的是他们在Predef中的定义，它们会依次转换为其在scala.collection.immutable包里的定义。

 

3.6　运算符重载

 

      从技术的角度来看，Scala没有运算符，提及“运算符重载”时，指的是重载像+，+-等这样的符号。在Scala里，这些实际上是方法名：运算符利用了Scala灵活的方式调用语法——在Scala里，对象引用和方法名之间的点（.）不是必需的。
这两个特性给了我们运算符重载的错觉。这样，调用ref1 + ref2，实际上写的是ref1.+(ref2)，这是在调用ref1.的+()方法。看个+运算符的例子，来自Complex类，这个类表示复数 ：
 
 
      如果执行上面的代码会看到：
 

      在第一个语句中，创建了一个名为Complex的类，定义一个构造函数，接收两个参数。在4.1节中，我们会看到如何用Scala富有表现力的语法创建类。

 

      在+方法里创建了一个新的Complex类实例。结果的实部和虚部分别对应两个运算数实部和虚部的和。语句c1 + c2会变成一个方法调用，以c2为实参调用c1的+()方法，也就是c1.+(c2)。

 

      我们讨论了Scala对运算符重载简单而优雅的支持。不过，Scala没有运算符，这个事实也许会让人有点头痛。或许，你会对运算符优先级感到困惑。Scala没有运算符，所以它无法定义运算符优先级，对吗？恐怕不是，因为24 - 2 + 3 * 6在Java和Scala里都等于40。Scala确实没有定义运算符优先级，但它定义了方法的优先级。
      方法名的第一个字符决定了它的优先级 。如果表达式里有两个具有相同优先级的字符，那么左边的运算符优先级更高。下面从低到高列出了首字符的优先级 ：
 
      我们看个运算符/方法优先级的例子。下面的代码里，我们为Complex既定义了加法方法，又定义了乘法方法：
 
 
 
       调用*()前，会先调用了在左边的+()，但是因为*()优先，它会先执行，如下所示：
 

3.7　Scala带给Java程序员的惊奇

 

       当你开始欣赏Scala设计的优雅与简洁时，也该小心Scala的一些细微差别——花些时间了解它们，可以避免出现意外。

 

3.7.1　赋值的结果

 

     在Scala中，赋值运算（a=b）的结果是Unit。在Java里，赋值的结果是a的值，因此类似于a = b = c;这样成串的多重赋值可以出现Java里，但是不会出现在Scala里。因为赋值的结果是Unit，所以把这个结果赋给另一个变量必然导致类型不匹配。看看下面这个例子：
 
      尝试执行上面的代码，我们会得到这样的编译错误：
 

      这一行为同Scala提供的运算符重载差不多，会让人觉得有那么一点心烦。

 

3.7.2　Scala的==

 

      对于基本类型和对象，Java处理==的方式截然不同。对于基本类型，==表示基于值的比较，而对于对象来说，这是基于身份的比较 。因此，假设a和b都是int，如果二者变量值相等，那么a==b的结果就是true。然而，如果它们都是指向对象的引用，那么只有在两个引用都指向相同的实例时，结果才是true，也就是说它们具有相同的身份。Java的equals()方法为对象提供了基于值的比较，假定这个方法被恰当的类正确地改写过。

 

      Scala对==的处理不同于Java；不过，它对于所有类型的处理是一致的。在Scala里，无论类型如何，==都表示基于值的比较。这点由Any类（Scala所有类都是从它派生而来）把==()实现成final得到了保证。这个实现用到了完美的旧equals()方法。

 

     因此，如果想为某个类的对比方法提供特定的实现，就要改写equals() 。如果要实现基于值的比较，可以使用简洁的==，而不是equals()方法。如果想对引用执行基于身份的比较，可以使用eq()方法。下面是个例子：
 
      str1和str2引用了String的同一个实例，因为Java会对第二个字符串"hello"进行了intern处理。不过，第三个字符串引用的是另一个新创建的String实例。所有这三个引用指向的对象都持有相等的值（hello）。str1和str2在身份上是相等的，因此，它们的值也是相等的。而str1和str3只是值相等，但身份不等。下面的输出说明了上面代码所用的==和eq方法/运算符的语义：
 

      对于所有的类型来说，Scala的==处理都是一致的，避免了在Java里使用==的混淆。然而，你必须认识到这与Java在语义上的差异，以防意外发生。

 

3.7.3　分号是半可选的

 

     在语句终结的问题上，Scala是很宽容的——分号（;）是可选的，这会让代码看起来更简洁。当然，你也可以在语句末尾放置分号，尤其是想在同一行里放多个语句的时候。但要小心一些，在同一行上放多个语句也许会降低可读性，就像后面这样：val sample = new Sample; println(sample)。
     如果语句并不是以中缀（像+，*或是.）结尾，或不在括号或方括号里，Scala可以推断出分号。如果下一个语句开头的部分是可以开启语句的东西，它也可以推断出分号。
     然而，Scala需要在{之前有个分号。不放的结果可能会让你大吃一惊。我们看个例子：
 
     这会给出下面的输出：
 
      定义list1时，放了一个分号。因此，紧随其后的{开启了一个新的代码块。然而，定义list2时没有放分号，Scala假定我们要创建一个匿名内部类，派生自ArrayList [Int]。这样，list2指向了这个匿名内部类的实例，而不是一个直接的ArrayList[Int]实例。如果你的意图是创建实例之后开启一个新的代码块，请放一个分号。

      Java程序员习惯于使用分号。是否应该在Scala里继续使用分号呢？在Java里，你别无选择。Scala给了你自由，我推荐你去利用它。少了这些分号，代码会变得简洁而清爽。丢弃了分号，你可以开始享受优雅的轻量级语法。当不得不解决潜 在歧义时，请恢复使用分号。

 

3.7.4　默认的访问修饰符

 

     Scala的访问修饰符不同于Java：
?    如果不指定任何访问修饰符，Java默认为包内可见。而Scala默认为public。
?    Java提供的是一个超然物外的语言。要么对当前包所有的类可见，要么对任何一个都不可见。Scala可以对可见性进行细粒度的控制。
?    Java的protected很宽容。它包括了任何包的派生类加上当前包的任何类。Scala的protected与C++或C#同源——只有派生类可以访问。不过，Scala也可以给予protected更自由、更灵活的解释。
?    最后，Java的封装是在类一级。在实例方法里，可以访问任何类实例的私有字段和方法。这也是Scala的默认做法；不过，也可以限制为当前实例，就像Ruby所提供的一样。

     我们用一些例子来探索这些不同于Java的变化。

 

3.7.5　默认的访问修饰符以及如何修改

 

      默认情况下，如果没有访问修饰符，Scala会把类、字段和方法都当作public（4.2节，“定义字段、方法和构造函数”）。把主构造函数变成private也是相当容易。（4.5节，“独立对象和伴生对象”）。如果想把成员变成private或protected，只要用对应的关键字标记一下即可，像这样：
 
     上面的代码里，把start()和stop()两个方法定义成public。通过任何Microwave实例都可以访问这两个方法。另一方面，显式地把turnTable()定义为private，这样就不能在类外访问这个方法。像上面的例子一样，试一下就会得到下面的错误：
 
 

      public字段和方法可以省去访问修饰符。而其他成员就要显式放置访问修饰符，按需求对访问进行限制。

 

3.7.6　Scala的Protected

 

      在Scala里，用protected修饰的成员只对本类及派生类可见。同一个包的其他类无法访问这些成员。而且，派生类只可以访问本类内的protected成员。我们通过一个例子看一下：
 
      编译上面代码，会得到如下错误：
 

      在上面的代码里，Vehicle的checkEngine()是protected方法。Scala允许我们从派生类Car的实例方法（start()）访问这个方法，也可以在Car的实例方法（tow()）里用Car的实例访问。不过，Scala不允许我们在Car里面用Vehicle实例访问这个方法，其他与Vehicle同包的类（GasStation）也不行。这个行为不同于Java对待protected访问的方式。Scala对protected成员访问的保护更加严格。

 

3.7.7　细粒度访问控制

 

      一方面，Scala对待protected修饰符比Java更严格。另一方面，就设定访问的可见性而言，它提供了极大的灵活性以及更细粒度的控制。private和protected修饰符可以指定额外的参数。这样，相比于只用private修饰成员，现在可以用private[Access- Qualifier]修饰，其中AccessQualifier可以是this（表示只有实例可见），也可以是外围类的名字或包的名字。读作“这个成员对所有类都是private，当前类及其伴生对象 例外。如果AccessQualifier是个类名，则例外情况还要包括AccessQualifier所表示的外部类及其伴生对象。如果AccessQualifier是一个外围包名，那么这个包里的类都可以访问这个成员。如果AccessQualifier是this，那么仅有当前实例可以访问这个成员。
      我们看一个细粒度访问控制的例子：
 
 
      编译上面的代码，会得到如下错误：
 
      先来观察一下Scala怎样定义嵌套包。就像C++或C#的命名空间一样，Scala允许在一个包中嵌套另一个包。因此，可以按照Java的风格定义包（使用点号，比如package society.professional;），也可以用C++或C#的嵌套风格。如果 要在一个文件里放同一个包层次结构的多个小类（又一个偏离Java的地方），你会发现后一种风格方便些。
       上面的代码里，Executive的私有字段workDetails对外围包professional里的类可见，私有字段friends对外围包society里的类可见。这样，Scala允许Acquaintance类——在society包里——访问friends字段，而不能访问workDetails。

       private默认的可见性在类一级——可在类的实例方法里访问同一个类中标记为private的成员。不过，Scala也支持用this标记private和protected。比如，上面的代码里，secret标记为private[this]，在实例方法中，只有隐式的那个对象（this）才可以访问——无法通过其他实例访问。类似的，标记为protected[this]的字段只有派生类的实例方法可以访问，但仅限于当前实例。

 

3.7.8　避免显式return

 

      在Java里，用return从方法中返回结果。在Scala里，这不是个好做法。Scala见到return就会跳出方法。至少，它会影响到Scala推演返回类型的能力。
 
      在上面代码里，对于使用了return的方法，就需要显式提供返回类型；如果不这么做，会有编译错误。最好避免显式使用return语句。我倾向于让编译推演返回类型，就像方法check1()那样。
      本章，从Java程序员角度快速领略了Scala，见识到了Scala类似于Java的方面，同时，也看到了它的不同之处。你已经开始感受Scala的力量，本章应该已经为你全面学习Scala做好了准备。在下一章里，你会看到Scala是如何支持OO范式（paradigm）的。