简单的示例

一、介绍

内容

本课程侧重介绍 Scala 的case class和pattern matching（模式匹配），这两个程序结构对于处理树结构的数据非常有帮助。在本课程中，你将可以学习到模式匹配中的常量模式、通配模式和变量模式等，以及如何进行模式限定修饰和重叠模式的定义以及正确定义可选项。

知识点

Case Class 的基本概念
模式匹配的基本概念

实验环境

Scala 2.11.8
Xfce 终端

适合人群

本课程难度为一般，属于初级级别课程，适合 Scala 编程基础的用户。

二、开发准备

为了使用交互式 Scala 解释器，你可以在打开的终端中输入命令：

su -l hadoop
scala

当出现scala>开始的命令行提示符时，就说明你已经成功进入解释器了。如下图所示。

本实验的所有命令及语句均可在 Shell 中输入。

三、步骤

3.1 从例子说起——算术表达式

Scala 的 case class 使得对对象进行模式匹配变得非常方便，简单的来说，Scala 的 case class 就是在普通的类定义前加 case 这个关键字，然后你可以对这些类进行模式匹配。

在我们详细介绍 Scala 的 Case class 和模式匹配之前，我们可以通过一个简单的例子来说明一些基本概念。我们设计一个函数库，这个函数库可以用来计算算术表达式，为简单起见，我们设计的算术表达式只侧重于变量，数字，单操作符，和双操作符。我们可以采用如下的 Scala 类定义：

abstract class Expr
case class Var(name:String) extends Expr
case class Number(num:Double) extends Expr
case class UnOp(operator:String, arg:Expr) extends Expr
case class BinOp(operator:String,left:Expr,right:Expr) extends Expr

这里我们定义了一个抽象类 Expr 和四个子类（分别代表变量，数值，单操作符，双操作符）， Scala 允许我们不定义类的实现，实际我们视 class C 和 class C {} 是等价的。

3.2 Case Classes

我们可以看到上面的四个子类定义前面我们使用了 case 关键字，使用了 case 关键字的类定义就是 case classes 。使用这个关键字，Scala 编译器会自动为你定义的类生成一些成员。

首先，编译器为 case class 生成一个同名的对象构造器（Factory Method），也就是你可以使用 Var("x") 来创建一个类的实例，而无需使用 new Var("x") 。

scala> val x = Var("x")
x: Var = Var(x)

这个构造器在嵌套使用时显得非常简洁明了。比如，我们构建如下的表达式，这种写法避免了很多 new 的使用。

scala> val op=BinOp("+",Number(1),x)
op: BinOp = BinOp(+,Number(1.0),Var(x))

其次，Scala 编译器为 case class的构造函数的参数创建以参数名为名称的属性。比如，Val 的类的参数 name:String 可以直接通过 .name 访问，如下所示：

scala> x.name
res1: String = x

第三，编译器为 case class 构造了更自然的 toString、hashCode 和 equals 实现，它们会递归打印，比较 case class 的参数属性。比如：

scala> println(op)
BinOp(+,Number(1.0),Var(x))

scala> op.right == Var("x")
res3: Boolean = true

最后一点，Scala 编译器为 case class 添加了一个 copy 方法。这个 copy 方法可以用来构造类对象的一个可以修改的拷贝。这对于使用已有的对象构造一个新实例非常方便，你只要修改新创建实例的某些参数即可。比如我们想创建一个和 op 类似的新的实例，只想修改 + 为 - ,可以使用：

scala> op.copy(operator="-")
res4: BinOp = BinOp(-,Number(1.0),Var(x))

以上这些惯例为我们带来了很多便利。但这些便利也需要一些小小的代价，就是需要在 class 前面使用 case 关键字，而构造后的类由于自动添加了一些方法而变大了些。 case class 带来的最大的好处是它们支持模式识别。

3.3 Pattern matching（模式匹配）

比如说你需要简化表达式的表示方法，这里给出一个简单的规则：

UnOp("-",Unop("-",e)) => e//负负得正
BinOp("+",e,Number(0)) => e//和0加
BinOp（"*",e,Number(1)) => e //和1乘

使用模式匹配，对于 Scala 而言我们使用和上面规则非常类似的代码来实现表达式的简化：

 def simplifyTop(expr :Expr) :Expr = expr match {
 case UnOp("-",UnOp("-",e))=>e
 case BinOp("+",e,Number(0))=>e
 case BinOp("*",e,Number(1))=>e
 case _ => expr
 }

simplifyTop(UnOp("-",UnOp("-",Var("x"))))

simplifyTop 定义使用了 match 表达式，它对应 Java 的 switch 语句，但它的语法和 switch 不同，它的 selector 在 match 前面：

selector match { alternatives}

一个模式匹配由多个可选项组成，每个选项由 case 开始，每个选项定义一个模式，每个模式对应一个表达式，表达式应用到当模式匹配的时候。模式和表达式之间使用 => 分隔。

一个 match 表达式的结果取决于第一个匹配的可选项，当该项模式匹配时，该模式 => 后的表达式被选中然后计算该表达式的值。

一个常量模式，比如本例中的“+”和“0”, 匹配对应的常数，一个变量模式比如 e，可以匹配任意的值。然后 => 右边的表示式可以应用这个变量，“_”为通配符，可以匹配任意的值。

构造器模式，比如 UnOp("-",e) ，可以匹配 UnOp 类型的值，这个 UnOp 的第一个参数为“-”，第二个参数可以为任意。

和 Java 的 switch 语句比较，Scala 的 match 有以下几个不同点：

match 为一表达式，有返回结果，其返回结果为匹配项表示式的值。
match 的选项没有 break ，也不会自动匹配下一个选项（no fall through)。
如果没有一个选项匹配，那么将抛出 MatchError 异常，这意味着你必须保证考虑到 Match 的所有的选项，因此可能你需要添加一个缺省选项。

四、总结

本节实验中，我们从计算算术表达式的例子开始，学习了什么是 Case Class ，以及怎样进行模式匹配的操作。有了这些基础，我们将在下一节着重介绍模式的种类。

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最后编辑时间为: Jun 24,2022

Scala 实战之案例类和模式--简单的示例