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scala的型变

2020-06-01 13:33

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型变是复杂类型的子类型关系与其组件类型的子类型关系的相关性。Scala支持 泛型类 的类型参数的型变注释,允许它们是协变的,逆变的,或在没有使用注释的情况下是不变的。在类型系统中使用型变允许我们在复杂类型之间建立直观的连接,而缺乏型变则会限制类抽象的重用性。

图片:1.png



协变
使用注释 +A,可以使一个泛型类的类型参数 A 成为协变。对于某些类 class List[+A],使 A成为协变意味着对于两种类型 A 和 B,如果 A 是 B 的子类型,那么 List[A] 就是 List 的子类型。这允许我们使用泛型来创建非常有用和直观的子类型关系。

考虑以下简单的类结构:

图片:2.png



类型 Cat 和 Dog 都是 Animal 的子类型。Scala 标准库有一个通用的不可变的类 sealed abstract class List[+A],其中类型参数 A 是协变的。这意味着 List[Cat] 是List[Animal],List[Dog] 也是 List[Animal]。直观地说,猫的列表和狗的列表都是动物的列表是合理的,你应该能够用它们中的任何一个替换 List[Animal]。

在下例中,方法 printAnimalNames 将接受动物列表作为参数,并且逐行打印出它们的名称。如果 List[A] 不是协变的,最后两个方法调用将不能编译,这将严重限制 printAnimalNames方法的适用性。

图片:3.png



逆变
通过使用注释 -A,可以使一个泛型类的类型参数 A 成为逆变。与协变类似,这会在类及其类型参数之间创建一个子类型关系,但其作用与协变完全相反。也就是说,对于某个类 class Writer[-A] ,使 A 逆变意味着对于两种类型 A 和 B,如果 A 是 B 的子类型,那么 Writer是 Writer[A] 的子类型。

考虑在下例中使用上面定义的类 Cat,Dog 和 Animal :

图片:4.png



这里 Printer[A] 是一个简单的类,用来打印出某种类型的 A。让我们定义一些特定的子类:

图片:5.png



如果 Printer[Cat] 知道如何在控制台打印出任意 Cat,并且 Printer[Animal] 知道如何在控制台打印出任意 Animal,那么 Printer[Animal] 也应该知道如何打印出 Cat 就是合理的。反向关系不适用,因为 Printer[Cat] 并不知道如何在控制台打印出任意 Animal。因此,如果我们愿意,我们应该能够用 Printer[Animal] 替换 Printer[Cat],而使Printer[A] 逆变允许我们做到这一点。

图片:6.png



这个程序的输出如下:

图片:7.png



不变
默认情况下,Scala中的泛型类是不变的。这意味着它们既不是协变的也不是逆变的。在下例中,类 Container 是不变的。Container[Cat] 不是 Container[Animal],反之亦然。

图片:8.png



可能看起来一个 Container[Cat] 自然也应该是一个 Container[Animal],但允许一个可变的泛型类成为协变并不安全。在这个例子中,Container 是不变的非常重要。假设Container 实际上是协变的,下面的情况可能会发生:

图片:9.png



幸运的是,编译器在此之前就会阻止我们。

其他例子
另一个可以帮助理解型变的例子是 Scala 标准库中的 trait Function1[-T, +R]。Function1 表示具有一个参数的函数,其中第一个类型参数 T 表示参数类型,第二个类型参数 R 表示返回类型。Function1 在其参数类型上是逆变的,并且在其返回类型上是协变的。对于这个例子,我们将使用文字符号 A => B 来表示 Function1[A, B]。

假设前面使用过的类似 Cat,Dog,Animal 的继承关系,加上以下内容:


图片:10.png



假设我们正在处理接受动物类型的函数,并返回他们的食物类型。如果我们想要一个 Cat => SmallAnimal(因为猫吃小动物),但是给它一个 Animal => Mouse,我们的程序仍然可以工作。直观地看,一个 Animal => Mouse 的函数仍然会接受一个 Cat 作为参数,因为 Cat 即是一个 Animal,并且这个函数返回一个 Mouse,也是一个 SmallAnimal。既然我们可以安全地,隐式地用后者代替前者,我们可以说 Animal => Mouse 是 Cat => SmallAnimal 的子类型。

与其他语言的比较
某些与 Scala 类似的语言以不同的方式支持型变。例如,Scala 中的型变注释与 C# 中的非常相似,在定义类抽象时添加型变注释(声明点型变)。但是在Java中,当类抽象被使用时(使用点型变),才会给出型变注释。
 
本文源自浪勺子 大数据群英萃,转载目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。


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