scala case class 继承_数字硬件系统设计之一：Scala快速入门(2)

原想简单笼统介绍一下scala，后感觉这么做意思不大，网友看了和没看一样，还是应该稍微详细具体一点，故而把系列编号由(上)(中)(下)，改为(上)(2)(3)(4)(5)....,(上)就是(1)吧，以下内容部分节选于我们即将出版的书稿：

本次推文介绍scala里的类用法：

在Scala里，类是用关键字“class”来定义，一旦定义完成，就可以通过“new 类名”的方式来构造一个对象。而这个对象的类型，就是这个类。换句话说，一个类就是一个类型，不同的类就是不同的类型。在后续会讲到类的继承关系，以及超类、子类和子类型多态的概念。

在类里可以定义val或var类型的变量，它们被称为“字段”；还可以定义“def”函数，它们被称为“方法”；字段和方法统称“成员”。字段通常用于保存对象的状态或数据，而方法则用于承担对象的计算任务。字段也叫“实例变量”，因为每个被构造出来的对象都有其自己的字段。在运行时，操作系统会为每个对象分配一定的内存空间，用于保存对象的字段。方法则不同，对所有对象来说，方法都是一样的程序段，因此不需要为某个对象单独保存其方法。而且，方法的代码只有在被调用时才会被执行，如果一个对象在生命周期内都没有调用某些方法，那么完全没必要浪费内存为某个对象去保存这些无用的代码。

外部想要访问对象的成员时，可以使用句点符号“ . ”，通过“对象.成员”的形式来访问。此外，用new构造出来的对象可以赋给变量，让变量名成为该对象的一个指代名称。需要注意的是，val类型的变量只能与初始化时的对象绑定，不能再被赋予新的对象。一旦对象与变量绑定了，便可以通过“变量名.成员”的方式来多次访问对象的成员。例如：

scala> class Students {

| var name = "None"

| def register(n: String) = name = n

| }

defined class Students

scala> val stu = new Students

stu: Students = Students@1a2e563e

scala> stu.name

res0: String = None

scala> stu.register("Bob")

scala> stu.name

res2: String = Bob

scala> stu = new Students

:13: error: reassignment to val

stu = new Students

Scala的类成员默认都是公有的，即可以通过“对象.成员”的方式来访问对象的成员，而且没有“public”这个关键字。如果不想某个成员被外部访问，则可以在前面加上关键字“private”来修饰，这样该成员只能被类内部的其他成员或上篇提到的伴生对象来访问，外部只能通过其他公有成员来间接访问。例如：

scala> class Students {

| private var name = "None"

| def register(n: String) = name = n

| def display() = println(name)

| }

defined class Students

scala> val stu = new Students

stu: Students = Students@75063bd0

scala> stu.register("Bob")

scala> stu.name

:13: error: variable name in class Students cannot be accessed in Students

stu.name

scala> stu.display

Bob

类的构造方法

1、主构造方法

在C++、Java、Python等面向对象语言里，类通常需要定义一个额外的构造方法(构造函数)。这样，要构造一个类的对象，除了需要关键字new，还需要调用构造方法。事实上，这个过程中有一些代码是完全重复的。Scala则不需要显式定义构造方法，而是把类内部的非字段、非方法的代码都当作“主构造方法”。而且，类名后面可以定义若干个参数列表，用于接收参数，这些参数将在构造对象时用于初始化字段并传递给主构造方法使用。Scala的这种独特语法减少了一些代码量。例如：

scala> class Students(n: String) {

| val name = n

| println("A student named " + n + " has been registered.")

| }

defined class Students

scala> val stu = new Students("Tom")

A student named Tom has been registered.

stu: Students = Students@5464eb28

在这个例子中，Students类接收一个String参数n，并用n来初始化字段name。这样做，就无需像之前那样把name定义成var类型，而是使用函数式风格的val类型，而且不再需要一个register方法在构造对象时来更新name的数据。

函数println既不是字段，也不是方法定义，"= n"也不是字段，也不是方法定义，所以都被当成是主构造函数的一部分。在构造对象时，主构造函数被执行，因此在解释器里会打印了相关信息。

2、辅助构造方法

除了主构造方法，scala还可以定义若干个辅助构造方法。辅助构造方法都是以“def this(..)”来开头的，而且第一步行为必须是调用该类的另一个构造方法，即第一条语句必须是“this(...)”——要么是主构造方法，要么是之前的另一个辅助构造方法。这种规则的结果就是任何构造方法最终都会调用该类的主构造方法(而主构造方法其实就是类定义本身)，使得主构造方法成为类的单一入口。例如：

scala> class Students(n: String) {

|val name = n

|def this() = this("None") //辅助构造方法是无参数的，其内部调用主构造方法

|println("A student named " + n + " has been registered.")

| }

defined class Students

scala> val stu = new Students

A student named None has been registered.

stu: Students = Students@64105ca4

在这个例子中，定义了一个辅助构造方法，该方法是无参的，其行为也仅是给主构造方法传递一个字符串“None”。

定义此辅助构造方法的作用：当创建该类的实例对象时，如果缺省了参数，这样与主构造方法的参数列表是不匹配的，但是与辅助构造方法匹配，则系统会使用stu的辅助构造方法构造该实例对象。

Scala只允许主构造方法调用超类的构造方法,不允许辅助构造函数调用超类的构造方法(后续具体讲解)。这种限制源于Scala为了代码简洁性与简单性做出的折衷处理。

3、无析构函数

因为Scala没有指针，同时使用了Java的垃圾回收器，所以不需要像C++那样定义析构函数。

4、私有主构造方法

如果在类名与类的参数列表之间加上关键字“private”，那么主构造方法就是私有的，只能被内部定义的辅助构造函数访问，外部代码实列化对象时就不能通过主构造方法进行，而必须使用其他公有的辅助构造方法或工厂方法(专门用于构造对象的方法)。例如：

scala> class Students private (n: String, m: Int) {

| val name = n

| val score = m

| def this(n: String) = this(n, 100)

| println(n + "'s score is " + m)

| }

defined class Students

scala> val stu = new Students("Bill", 90) //与私有的主构造方法匹配，访问错误

:12: error: too many arguments (2) for constructor Students: (n: String)Students

val stu = new Students("Bill", 90)

scala> val stu = new Students("Bill") //与辅助构造方法匹配

Bill's score is 100

stu: Students = Students@7509b8e7

方法重载

如果在类里定义了多个同名的方法，但是每个方法的参数(主要是参数类型)不一样，那么就称这个方法有多个不同的版本，即方法重载，它是面向对象里多态属性的一种表现。这些方法虽然同名，但是它们是不同的，因为函数真正的特征标识是它的参数，而不是函数名或返回类型。注意重载与前面的重写的区别，重载是一个类里有多个不同版本的同名方法，重写是子类覆盖已定义在超类(即父类)的某个方法。

类参数

从前面的例子可以发现，多数时候类的列表参数仅仅是直接赋给某个字段。Scala为了进一步简化代码，允许在类参数前加上val或var来修饰，这样就会在类的内部生成一个与参数同名的公有字段(此字段也是类的成员)。构造对象时，这些参数会直接复制给同名字段。除此之外，还可以加上关键字private、protected或override来表明字段的权限(关于权限修饰见后续章节)。如果参数没有任何val或var关键字，那它就仅仅是“参数”，不是类的成员，只能用来初始化字段或给方法使用,外部不能访问这样的参数，内部也不能修改它,因为它不是类的成员。例如：

scala> class ab(a:Int){ //a不是类的成员，仅仅是个传递参数

| val b=a+1

| }

defined class ab

scala> val c=new ab(8)

c: ab = ab@6e2d3f2

scala> c.b

res0: Int = 9

scala> c.a

error: value a is not a member of ab

以下在类参数定义时，加上val，则类参数同时变成了类成员:

scala> class ab(val a:Int){

| val b=a+1

| }

defined class ab

scala> val c=new ab(8)

c: ab = ab@ccd000e

scala> c.b

res2: Int = 9

scala> c.a

res3: Int = 8

单例对象与伴生对象

在Scala里，除了用new可以构造一个对象，也可以用“object”开头定义一个对象。它类似于类的定义，只不过不能像类那样有参数，也没有构造方法。因此，不能用new来实例化一个object的定义，因为它已经是一个对象了，对比class用new可以实例化无数个对象，而object只能定义一个对象，因此也把object定义的对象叫单列对象，如果对于单列对象object A 存在伴生类class A，则又把object A叫Class A的伴生对象，它们可以相互访问私有成员。概念虽多但是意思很明确

工厂对象与工厂方法

如果定义一个方法专门用来构造某一个类的对象，那么这种方法就称为“工厂方法”。包含这些工厂方法集合的单例对象，也就叫“工厂对象” 。通常，工厂方法会定义在伴生对象里。尤其是当一系列类存在继承关系时，可以在基类的伴生对象里定义一系列对应的工厂方法。使用工厂方法的好处是可以不用直接使用new来实例化对象，改用方法调用，而且方法名可以是任意的，这样对外隐藏了类的实现细节。例如：

class Students(val name: String, var score: Int) {

def exam(s: Int) = score = s

override def toString = name + "'s score is " + score + "."

// 重写超类方法toString,注意关键字override

}

object Students {

def registerStu(name: String, score: Int) = new Students(name, score)

}

将文件students.scala编译后，并在解释器里用“import Students._”导入单例对象后，就能这样使用：

scala> import Students._

import Students._

scala> val stu = registerStu("Tim", 100)

stu: Students = Tim's score is 100.

apply方法

类和伴生对象有一个特殊的方法名:apply，如果定义了这个方法，那么既可以显式调用：“对象.apply(参数)” ，也可以隐式调用：“对象(参数)”。隐式调用时，编译器会自动插入缺失的“.apply”。如果apply是无参方法，应该写出空括号(这和普通方法不同)，否则无法隐式调用。无论是类还是单例对象，都能定义这样的apply方法。

通常，在伴生对象里定义名为apply的工厂方法，就能通过“伴生对象名(参数)”来构造一个对象。也常常在类里定义一个与类相关的、具有特定行为的apply方法，让使用者可以隐式调用，进而隐藏相应的实现细节。例如：

class Students(val name: String, var score: Int) {

def apply(s: Int) = score = s

def display() = println("Current score is " + score + ".")

override def toString = name + "'s score is " + score + "."

}

object Students {

def apply(name: String, score: Int) = new Students(name, score)

}

scala> val stu = Students("laozhang", 59)

stu: Students = laozhang's score is 59.

//注意没有使用new Students("laozhang", 59),这是传统构造方法

scala> stu(60)

scala> stu.display

Current score is 60.

其中“Students("laozhang", 59)”被翻译成“Students.apply("laozhang", 59)”，也就是调用了伴生对象里的工厂方法，所以构造了一个Students的对象并赋给变量stu。“stu(60)”被翻译成“stu.apply(60)” ，也就是更新了字段score的数据。

主函数

主函数是Scala程序唯一的入口，即程序是从主函数开始运行的。要提供这样的入口，则必须在某个单例对象里定义一个名为“main”的函数，而且该函数只有一个参数，类型为字符串数组Array[String]，函数的返回类型是Unit(即空类型,注意不是UInt类型哈)。任何符合条件的单例对象都能成为程序的入口。例如：

//在students.scala文件中定义

class Students(val name: String, var score: Int) {

def apply(s: Int) = score = s

def display() = println("Current score is " + score + ".")

override def toString = name + "'s score is " + score + "."

}

object Students {

def apply(name: String, score: Int) = new Students(name, score)

}

//在 main.scala文件中定义

object Start {

def main(args: Array[String]) = {

try {

val score = args(1).toInt

val s = Students(args(0), score)

println(s.toString)

} catch {

.....

} } }

使用命令“scalac students.scala main.scala”将两个文件编译后，就能用命令“scala Start 参数1 参数2”来运行程序。命令里的“Start”就是包含主函数main的单例对象的名字，后面可以输入若干个用空格间隔的参数。这些参数被打包成字符串数组供主函数使用，也就是代码里的args(0)、args(1)。

主函数的另外一种写法是让单例对象继承“App”特质(特质的概念引入是因为scala不支持多重超类的继承，为实现多重超类继承的某些特性而引入了特质概念)，这样就只需在单例对象里编写主函数的函数体，无需显式定义main方法。例如：

object Start extends App {

try {

var sum = 0

for(arg

sum += arg.toInt

}

println("sum = " + sum)

} catch {

......

}

将文件编译后使用方法同前