Scala 02——Scala OOP

前序

为什么说Scala是纯粹的OOP？

• 不支持基本类型，一切皆为对象：Byte,Int…

  • Scala会将基本类型视为对象，还是在JVM上运行，自动与Java的基本数据类型完成拆装箱的操作。

• 不支持静态关键字：static

  • Java和Scala的静态概念的区别

    • Java
      • Java的静态成员：在Java中，静态成员(属性或方法)是指属于类本身而非类的实例的成员，静态成员可以在没有创建类的实例的情况下被访问。
    • Scala
      • Scala的静态类型系统：Scala被称为静态语言，与其属性和方法是否属于对象无关，是因为在Scala中，所有的类型检查都是在编译时完成的，而非运行时。
      • Scala的单例对象：为了提供类似于Java中静态成员的功能，Scala引入了单例对象。

  • 编译时检查和运行时检查的区别

    • 编译时检查：在程序运行之前发现错误【Java Mysql Scala…】
      • 类型检查
      • 语法检查
      • 结构检查
      • 访问规则检查
    • 运行时检查：在运行时检查，通常由执行环境执行(如虚拟机或解释器)【解释型语言 或 脚本…】

  • 静态和动态的区别

    • 静态是编译时检查，动态是运行时检查

    • expression = "3 * 7 + 2"
      result = eval(expression)
      print(result)  # 输出 23
      

      对于静态语言来说，expression的结果是一个内容是表达式的字符串。

      而对于动态语言来说(以Python的eval()函数为例)，eval() 函数允许执行一个字符串形式的表达式，并返回表达式的结果。是因为在运行前没有进行类型检查，编译器视其为表达式而非文本。

• 支持类型推断，类型预定，动静结合

  • 动静结合

  • 类型预定

    • 在运行时保留类型信息

  • 类型推断

    • 泛型编程中的不变、协变、逆变

      • 泛型类型

        • 定义

          1. 容器类

             • 列表，如List[T]
             • 集合，如Set[T]
             • 映射，如Map<K,V>

          2. 函数和方法

             def func[T](x:T):t = x
             

      • 不变

        • 定义

          泛型类型 G[A] 和泛型类型 G[B] 的关系与类型 A 和类型 B的关系无关。

      • 协变

        • 定义

          如果类型 A 是类型 B 的子类型，泛型类型 G[A] 是泛型类型 G[B] 的子类型。

          假设我们有一个泛型类Container[+A]，其中A是一个协变类型参数。如果Dog是Animal的子类，那么Container[Dog]也应该被看作是Container[Animal]的子类型。这意味着你可以用Container[Dog]的实例去替换Container[Animal]的实例。

        class Animal
        class Dog extends Animal
        
        class Container[+A]
        
        val dogs: Container[Dog] = new Container[Dog]
        val animals: Container[Animal] = dogs // 正确，因为Container是协变的
        

        • 适用场景

          作为输出，可以安全地从Container[Animal]中读取Animal类型的对象，不管容器实际包含的是Dog还是哪种Animal的子类型。

      • 逆变

        • 定义

          如果类型 A 是类型 B 的子类型，泛型类型 G[B] 是泛型类型 G[A] 的子类型。

          假设我们有一个泛型类Container[-A]，其中A是一个逆变类型参数。如果Dog是Animal的子类，那么Container[Animal]应该被看作是Container[Dog]的子类型。这意味着你可以用Container[Animal]的实例去替换Container[Dog]的实例。

          class Animal
          class Dog extends Animal
          
          class Printer[-A] {
            def print(value: A): Unit = println(value)
          }
          
          val animalPrinter: Printer[Animal] = new Printer[Animal]
          val dogPrinter: Printer[Dog] = animalPrinter // 正确，因为Printer是逆变的
          

        • 适用场景

          方法是通用的，面向各种不同类型，可以用更宽泛的类型实例替代更具体的类型实例。

类

1. 类的基本结构

类的本质就是模板，我们根据以下代码模板学习Scala类的基本结构：

• 主构造器(构造参数)
• 属性
• 方法
• 辅助构造器
• 重写方法
  • toString的重写接近于JSON的表达方式

// 主构造器：类自身
class Point(x:Int,y:Int){ // 没有构造方法，通过构造参数列表实现对象创建
  // 属性：必须赋初值，且赋的是主构造器的参数
  private var _x:Int = x // 私有属性的命名方式通常为`{_参数}`
  private var _y:Int = y
  
  // 方法
  def updatePoint(x:Int,y:Int): Unit = {
    _x = x
    _y = y
   }
  
  // 辅助构造器
  // 辅助构造器必须调用主构造器
  // 辅助构造器中有两个this，第一个this是辅助构造器的名称，第二个this是调用主构造器。
  def this() = this(-1,-1)
  
  // getter 和 setter 方法
  def getX=_x
  def getY=_y

  def setX(x:Int)={
    _x=x
   }
  def setY(y:Int)={
    _y=y
   }  
  
  // 重写方法
  override def toString: String = {
    s"(X:${_x},Y:${_y})"
   }
}

修饰符	类(class)	伴生对象(object)	子类(subclass)	同包(package)	全局(world)
default(public)	Y	Y	Y	Y	Y
protected	Y	Y	Y	N	N
private	Y	Y	N	N	N

2. 普通类和数据类的区别

• 普通类：可以有主构造器，也可以有辅助构造器，可以有属性，可以有方法，可以有重写方法，可以有get、set方法

• 数据类：只能有主构造器，不能有辅助构造器(统一格式，没有更复杂的初始化逻辑)，只能有属性，不能有方法(违背了数据类的定义)，不能有重写方法，不能有get、set方法(自动生成)

  • 数据类就是样例类

继承

1. extends

class ColorPoint(x:Int,y:Int,color:Boolean) extends Point(x:Int,y:Int) {
  var _color:Boolean = color

  private def getColor = if(_color) "red" else "black"

  override def move(offsetX: Int, offsetY: Int): Unit = {
    _x += offsetX*2
    _y += offsetY*2
    println(s"$getColor point moved to {${_x},${_y}}")
  }

  override def toString: String = s"$getColor point ${super.toString}"
}

val cp = new ColorPoint(0,0,true)
println(cp)
cp.move(12,25)

2. override

在重写方法时：

• 子类重写父类抽象方法推荐添加override关键字
• 子类重写父类非抽象方法必须添加override关键字

抽象类

abstract class Shape {
  // 抽象方法
  def draw()

  // 普通方法
  def show:Unit = println("this is Shape")
}

抽象类的特点

• 可以有抽象方法(Scala中没有方法体即为没有=号及=号后面的部分)
• 无法被实例化
• 使用abstract关键字修饰

单例对象

1. 定义

• 关键字：object

• 单例对象用于管理共享资源或共通逻辑，封装静态工具方法，提供了便携创建其他实例的工厂方法

• 可以直接通过单例对象名.属性或方法来访问，类同于Java的静态属性和方法

• 采取惰性模式，第一次被访问时被创建

• main方法必须定义在单例对象中，才能被JVM识别

• 同名的类和单例对象形成绑定关系，并称之为伴生类和伴生对象

  • 伴生类和其伴生对象可以相互访问对方的私有成员(包括私有方法或私有变量)

object Util{
  var PI:Float = 3.14f
  var count:Int = 0

  def resume:Unit = println("this is my resume.")
}

// 调用
Util.resume

class Commodity(sku:String,price:Float) {
  private val _sku:String = sku
  private val _price:Float = price

  def getSKU:String={
    _sku
  }
  def getPrice:Float={
    discount(_price)
  }
  // 伴生类自由访问伴生对象中的所有变量
  def getSalePrice=discount(_price)

  override def toString:String={
    s"SKU:${_sku},PRICE:${_price}"
  }
}
object Commodity{
  // 商品折扣
  private var _discount:Float = 1.0f
  // 包裹
  def apply(sku:String,price:Float):Commodity = new Commodity(sku,price)
  // 拆解：伴生对象中可以自由访问伴生类中所有资源
  def unapply(arg:Commodity):(String,Float) = (arg.getSKU,arg.getPrice)
  // 自定义方法
  def setDiscount(discount:Float)=_discount=discount
  def discount(price:Float)=price*_discount
}

2. 场景

工具类

3. 方法

3.1 方法定义

apply 方法

def apply(sku:String,price:Float):Commodity = new Commodity(sku,price)

unapply 方法

def unapply(arg:Commodity):(String,Float) = (arg.getSKU,arg.getPrice)

3.2 方法调用

object Person {
  // apply方法允许不使用new关键字就能创建Person实例
  def apply(name: String, age: Int): Person = new Person(name, age)

  // unapply方法支持模式匹配，提取Person对象的属性
  def unapply(p: Person): Option[(String, Int)] = {
    if (p != null)
      Some((p.name, p.age))
    else
      None
  }
}

// 使用apply方法隐式创建Person对象
val alice = Person("Alice", 25)  // 实际调用 Person.apply("Alice", 25)

// unapply在case Person(n,a)处就隐式调用，unapply方法尝试将alice对象解构为其构成元素（在这个例子中是名字和年龄）
alice match {
  case Person(n, a) if a >= 18 => println(s"$n is an adult, aged $a.")
  case Person(n, _) => println(s"$n is a minor.")
}

参数

• 命名参数：(a:Int,b:String,c:Float)
  • 实参传递时，借助参数名传入，顺序随便
  • (b=“henry”,a=20,c=15.46f)
• 可变参数：(ts:T*)
  • 有限数量参数，数量不确定
• 参数默认值：(param:T=V)
  • 实参传递时，若默认值即所需，可缺省(默认值需要为所需值)

特质

1. 抽象类和特质的区别

• 抽象类可以传构造参数，而特质不能传构造参数;抽象类可以有构造代码(抽象属性结合参数的构造)，而特质没有构造代码。

• 一个类可以继承多个特质但只能继承一个抽象类。

• 抽象类针对的是高复用性的功能，而特质更多是针对定制化的功能。

• 抽象类可以提供方法的默认实现，减少了子类重复相同代码的需要。

2. 强制混入语法

定义：要求其子类必须重写这个特质的方法，并允许在基类中使用特质的方法

abstract class Animal(brand:String){
  var name:String
  val _type:String = brand
  def roar:Unit
  def me = s"${_type}:$name"
}
trait ByFoot {
  def walk()
  def run()
}
trait ByFly{
  def fly()
}
trait BySwim{
  def swim()
}
class Cat(nickname:String) extends Animal("猫") with ByFoot {
  override var name: String = nickname
  override def roar: Unit = println(me+"喵喵喵")
  override def walk: Unit = println(me+"悠闲地漫步")
  override def run: Unit = println(me+"正在快速跑")
}

class Bird(nickname:String) extends Animal("鸟") with ByFly with ByFoot {
  override var name: String = nickname
  override def roar: Unit = println(me+"叽叽叽")
  override def fly(): Unit = println(me+"正在飞")
  override def walk(): Unit = println(me+"正在闲逛")
  override def run(): Unit = println(me+"正在快速跑")
}

class Fish() extends Animal("鱼"){
  self:BySwim=> // 等同于 this:BySwim=>
  override var name: String = _
  override def roar: Unit = ???
}

3. 静态混入和动态混入

静态混入和动态混入的核心区别：

• 静态混入：在创建对象之前，就混入特质(该类事物的通用特征)
• 动态混入：在创建对象之后，再混入特质(特殊事物的特殊特征)

// 静态混入
val bird = new Bird("小雀")
bird.run()
bird.fly()
bird.walk()
bird.roar

// 动态混入
val fish3 = new Fish() with BySwim with ByFoot {
	override def swim(): Unit = ...
	override def walk(): Unit = ...
	override def run(): Unit = ...
}

内部类

Java和Scala内部类的区别

• Java中内部类是【外部类的成员】

InClass ic = new OutClass.InClass()

• Scala中内部类是【外部类对象的成员】

val oc = new OutClass();
val ic = new oc.InClass();

当类与对象存在伴生关系时，类的写法

class OutClass {
  // ①
  /*class InClass{
    override def toString: String = "InClass"
  }*/
  private val in:InClass = new InClass
  override def toString: String = s"OutClass{${in}}"
}
object OutClass{
  // ②
  /*class InClass{
    override def toString: String = "InClass"
  }*/
}

内部类定义在实例中（①）:

这意味着InClass与OutClass的一个具体实例关联。

val oc = new OutClass
println(oc)
val ic: oc.InClass = new oc.InClass()

内部类定义在伴生对象中（②）:

这里的OutClass.InClass是一个整体，伴生对象能够通过伴生对象名称直接获取内部的属性或方法。

val oi: OutClass.InClass = new OutClass.InClass

样例类

/*
	描述【不可变值】的对象
	样例类构造参数默认声明为 val，自动生成 getter
	样例类的构造参数若声明为 var，自动生成 getter & setter
	样例类自动生成伴生对象
	样例类自动实现的其他方法：toString,copy,equals,hashCode
	样例类伴生对象实现的方法：apply, unapply(用于模式匹配)
*/
// 普通类的模式匹配案例
case class Student(name:String, age:Int)	// 构造参数默认 val
case class Point(var x:Int,var y:Int)		// var 需要显式声明

枚举

定义

单例对象通过继承Enumeration实现枚举创建，通常用于定义一个有限取值范围的常量。

class EnumTest {
  object WeekDay extends Enumeration {
    val MON = Value(0)
    val TUE = Value(1)
    val WEN = Value(2)
    val THU = Value(3)
    val FRI = Value(4)
    val SAT = Value(5)
    val SUN = Value(6)
  }
  
  val d = WeekDay.THU
  val info: String = d match {
    case WeekDay.MON => "Monday"
    case WeekDay.TUE => "Tuesday"
    case WeekDay.WEN => "Wednesday"
    case WeekDay.THU => "Thursday"
    case WeekDay.FRI => "Friday"
    case WeekDay.SAT => "Saturday"
    case WeekDay.SUN => "Sunday"
  }
}

泛型

1. 定义

类型参数化，主要用于集合。

不同于 Java 泛型被定义在 [] 中，Scala泛型更为自由

• 支持声明类型参数的型变

2. 泛型边界

• [T<:F] 表示 T 必须是F的子类

• [T>:F] 表示 T 必须是F的父类

class F
class S extends F


class Many[T<:F] (t:T){
  ...
}

3. 协变、逆变、不变

• 协变：[+T] 若A是B的子类，则 C[A]为C[B]的子类
• 逆变：[-T] 若A是B的子类，则 C[B]为C[A]的子类
• 不变：[T] 默认

包与包对象

1. 命名规则：

可以以字母数字下划线点开头，不能以数字开头

2. 包的作用

• 命名空间管理：每个包提供了一个独立的命名空间
• 作用域控制：包允许细粒度的访问控制
• 逻辑分隔：将功能相似的类和对象放在同一个包中，使代码结构更清晰

3. 导包的不同方式

• import导包语句可以出现在任何地方
• import可以导入包、类、类成员

import com.kgc.Person				// 方便使用类 Person
import com.kgc._					 // 方便使用 com.kgc 包中的所有类
import com.kgc.Person._			// 方便使用类 Person 中的所有属性和方法
import com.kgc.{Person=>PS,Book}	// 只导入包中 Person和Book，并将Person重命名为PS

4. 多级包的导包

package cha03{
  import cha03.util.Sorts
  object PackageTest {
    def main(args: Array[String]): Unit = {
      val array: Array[Int] = Array(3, 1, 5, 4, 2)
      Sorts.insertSort(array)
      array.foreach(println)
    }
  }
}

package cha03.util{
  object Sorts{
    def insertSort(array: Array[Int]): Unit ={
      import scala.util.control.Breaks._
      for(i<- 1 until array.length){
        val t = array(i)
        var j = i-1
        breakable({
          while (j>=0){
            if(array(j)>t){
              array(j+1) = array(j)
            }else{
              break()
            }
            j-=1
          }
        })
        array(j+1) = t
      }
    }
  }
}

5. 包对象

5.1 定义

包中可以包含：类、对象、特质…

包对象中可以包含：除了类、对象、特质外，还可以包含变量和方法

5.2 包对象的意义

常用的函数、常量和类型可以在包对象中定义，这允许在相同包的任何地方访问这些共享资源。

package cha03.util{
  import java.util.Calendar
  // 包对象
  package object Constants{
    // 变量
    val PI:Float = 3.14f
	// 方法
    def getQuarter(month:Int)=(month-1)/3+1
	// 类
    class DataFormat(
        year:Int,month:Int,day:Int,
        hour:Int,minute:Int,second:Int,
        millis:Int){
      private var _year:Int = year
      private var _month:Int = month
      private var _day:Int = day
      private var _hour:Int = hour
      private var _minute:Int = minute
      private var _second:Int = second
      private var _millis:Int = millis

      def this(year:Int,month:Int,day:Int){
        this(year,month,day,0,0,0,0)
      }

      def stdYMD():String = s"${_year}-${_month}-${_day}"
      def stdFull():String = s"${_year}-${_month}-${_day} ${_hour}:${_minute}:${_second}.${_millis}"
      def timestamp():Long = {
        val cld = Calendar.getInstance()
        cld.set(_year,_month,_day,_hour,_minute,_second)
        cld.set(Calendar.MILLISECOND,555)
        cld.getTimeInMillis
      }
    }
  }
  object DataFormat{
      def apply(year: Int, month: Int, day: Int, 
                hour: Int, minute: Int, second: Int, millis: Int): DataFormat 
      	= new DataFormat(year, month, day, hour, minute, second, millis)
      def apply(year: Int, month: Int, day: Int): DataFormat 
      	= new DataFormat(year, month, day)
  }
}