Scala之模式匹配和样例类

Scala强大的模式匹配机制，可以应用在switch语句、类型检查以及“析构”等场合。样例类对模式匹配进行了优化。

更好的switch

var sign = ...
val ch: Char = ...

ch match {
case '+' => sign = 1
case '-' => sign = -1
case _ => sign = 0
}

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var sign = ... val ch: Char = ...   ch match {   case '+' => sign = 1   case '-' => sign = -1   case _ => sign = 0 }

上面代码中，case _模式对应于switch语句中的default，能够捕获剩余的情况。如果没有模式能匹配，会抛出MatchError。而且不像常见的switch语句，在一种模式匹配之后，需要使用break来声明分支不会进入下一个分支。

match是表达式，不是语句，所以是有返回值的，故可将代码简化：

sign = ch match {
case '+' => 1
case '-' => -1
case _ => 0
}

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sign = ch match {   case '+' => 1   case '-' => -1   case _ => 0 }

match表达式中可以使用任何类型。模式总是从上往下进行匹配。

守卫

看代码就好，与if表达式的守卫相同作用：

ch match {
case '+' => sign = 1
case '-' => sign = -1
case _ if Character.isDigit(ch) => digit = Character.digit(ch, 10)
case _ => sign = 0
}

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ch match {   case '+' => sign = 1   case '-' => sign = -1   case _ if Character.isDigit(ch) => digit = Character.digit(ch, 10)   case _ => sign = 0 }

模式中的变量

如果在case关键字后跟着一个变量名，那么匹配的表达式会被赋值给那个变量。case _是这个特性的一个特殊情况，变量名是_。

"Hello, world" foreach { c => println (
c match {
case ' ' => "space"
case ch => "Char: " + ch
}
)}

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"Hello, world" foreach { c => println (     c match {       case ' ' => "space"       case ch => "Char: " + ch     } )}

经过我的尝试，在如果变量名是_，那么在=>后使用_是不行的。

在模式中使用变量可能会与常量冲突。

import scala.math._
x match {
case Pi => ...
...
}

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import scala.math._ x match {   case Pi => ...   ... }

在上面的代码中，要如何判断Pi这个标志符是一个用来匹配的常量还是模式中的变量？规则是：变量比需要以小写字母开始。如果有常量是小写字母开头的，那么需要用反引号将常量名包起来：

import java.io.File._
str match {
case `pathSeparator` => ...
...
}

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import java.io.File._ str match {   case `pathSeparator` => ...   ... }

类型模式

相比使用isInstanceOf来判断类型，使用模式匹配更好。

obj match {
case x: Int => x
case s: String => Integer.parseInt(s)
case _: BigInt => Int.MaxValue
case _ => 0
}

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obj match {   case x: Int => x   case s: String => Integer.parseInt(s)   case _: BigInt => Int.MaxValue   case _ => 0 }

在匹配类型时，需要使用一个变量名，否则就是使用对象本身来进行匹配了。

obj match {
case _: BigInt => Int.MaxValue // 匹配任何类型为BigInt的对象
case BigInt => -1 // 匹配类型为Class的BigInt对象
}

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obj match {   case _: BigInt => Int.MaxValue  // 匹配任何类型为BigInt的对象   case BigInt => -1  // 匹配类型为Class的BigInt对象 }

因为匹配是发生在运行期的，而且JVM中泛型的类型信息会被擦掉，因此不能使用类型来匹配特定的Map类型（大部分集合类型也都不可以吧）：

case m: Map[String, Int] => ... // 不行
case m: Map[_, _] => ... // 匹配通用的Map，OK

1 2	case m: Map[String, Int] => ...  // 不行 case m: Map[_, _] => ...  // 匹配通用的Map，OK

但对于数组来说，类型信息是完好的，所以可以在Array上匹配。

匹配数组、列表和元组

arr match {
case Array(0) => "0" // 匹配包含0的数组
case Array(x, y) => x + " "　＋ y // 匹配任何带有两个元素的数组，并将元素绑定到x和y
case Array(0, _*) => "0 ..." // 匹配任何以0开始的数组
case _ => "something else"
}

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arr match {   case Array(0) => "0"  // 匹配包含0的数组   case Array(x, y) => x + " "　＋ y  // 匹配任何带有两个元素的数组，并将元素绑定到x和y   case Array(0, _*) => "0 ..."  // 匹配任何以0开始的数组   case _ => "something else" }

下面的模式匹配，功能与上面的代码是一样的，不过将数组换成了列表。

lst match {
case 0 :: Nil => "0"
case x :: y :: Nil => x + " " + y
case 0 :: tail => "0 ..."
case _ => "something else"
}

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lst match {   case 0 :: Nil => "0"   case x :: y :: Nil => x + " " + y   case 0 :: tail => "0 ..."   case _ => "something else" }

与上面两个例子差不多，模式匹配也可以使用在元组上。

注意到变量将会被绑定到这三种数据结构的不同部分上，这种操作被称为“析构”。

提取器

在上一节中，使用模式匹配来对数组、列表和元组进行了匹配，在这个过程的背后的是提取器（extractor）机制。使用unapply来提取固定数量的对象，使用unapplySeq来提取一个序列。

在前面的代码case
Array(0,
x)
=>
...中，

Array(0,
x)部分实际上是使用了伴生对象中的提取器，实际调用形式是：Array.unapplySeq(arr)。根据Doc，提取器方法接受一个Array参数，返回一个Option。

正则表达式是另一个适用提取器的场景。正则有分组时，可以用提取器来匹配分组：

val pattern = "([0-9]+) ([a-z]+)".r
"99 bottles" match {
case pattern(num, item) => ...
}

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val pattern = "([0-9]+) ([a-z]+)".r "99 bottles" match {   case pattern(num, item) => ... }

变量声明中的模式

在变量声明中的模式对于返回对偶（更广一点也可以用在元组上吧？）的函数来说很有用。

val (x, y) = (1, 2)
val (q, r) = BigInt(10) /% 3 // 返回商和余数的对偶
val Array(first, second, _*) = arr // 将第一和第二个分别给first和second

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val (x, y) = (1, 2) val (q, r) = BigInt(10) /% 3  // 返回商和余数的对偶 val Array(first, second, _*) = arr  // 将第一和第二个分别给first和second

for表达式中的模式

这一部分的内容多在介绍for表达式时提过了，不过当时并没有意识到使用的是模式。

import scala.collection.JavaConversions.propertiesAsScalaMap

for ((k, v) <- System.getProperties()) // 这里使用了模式
println(k + " -> " + v)

for ((k, "") <- System.getProperties()) // 失败的匹配会被忽略，所以只打印出值为空的键
println(k)

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import scala.collection.JavaConversions.propertiesAsScalaMap   for ((k, v) <- System.getProperties())  // 这里使用了模式   println(k + " -> " + v)   for ((k, "") <- System.getProperties())  // 失败的匹配会被忽略，所以只打印出值为空的键   println(k)

样例类

样例类是种特殊的类，经过优化以用于模式匹配。

abstract class Amount
// 继承了普通类的两个样例类
case class Dollar(value: Double) extends Amount
case class Currency(value: Double, unit: String) extends Amount

// 样例对象
case object Nothing extends Amount

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abstract class Amount // 继承了普通类的两个样例类 case class Dollar(value: Double) extends Amount case class Currency(value: Double, unit: String) extends Amount   // 样例对象 case object Nothing extends Amount

使用：

amt match {
case Dollar(v) => "$" + v
case Currency(_, u) => "Oh noes, I got " + u
case Nothing => "" // 样例对象没有()
}

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amt match {   case Dollar(v) => "$" + v   case Currency(_, u) => "Oh noes, I got " + u   case Nothing => ""  // 样例对象没有() }

在声明样例类时，下面的过程自动发生了：

构造器的每个参数都成为val，除非显式被声明为var，但是并不推荐这么做；
在伴生对象中提供了apply方法，所以可以不使用new关键字就可构建对象；
提供unapply方法使模式匹配可以工作；
生成toString、equals、hashCode和copy方法，除非显示给出这些方法的定义。
除了上述之外，样例类和其他类型完全一样，方法字段等。

copy方法和带名参数

样例类的copy方法创建一个与现有对象相同的新对象。可以使用带名参数来修改某些属性：

val amt = Currency(29.95, "EUR")
val price = amt.copy(values = 19.95)
val price = amt.copy(unit = "CHF")

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val amt = Currency(29.95, "EUR") val price = amt.copy(values = 19.95) val price = amt.copy(unit = "CHF")

case语句中的中置表示法

如果unapply方法产出一个对偶，则可以在case语句中使用中置表示法。对于有两个参数的样例类，可以使用中置表示法。

amt match { case a Currency u => ... } // 等于case Currency(a, u)

1	amt match { case a Currency u => ... }  // 等于case Currency(a, u)

这个特性的本意是要匹配序列。举例，List对象要么是Nil，要么是样例类::。所以可以：

lst match { case h :: t => ... } // 等同于case ::(h, t)，调用::.unapply(lst)

1	lst match { case h :: t => ... }  // 等同于case ::(h, t)，调用::.unapply(lst)

多个中置表达式放在一起时会比普通的形式更加易读。

匹配嵌套结构

这个解释起来有点绕。

abstarct class Item
case class Article(description: String, price: Double) extends Item
case class Bundle(description: String, price: Double, items: Item*) extends Item

Bundle("Father's day special", 20.0,
Article("Scala for the Impatient", 39.95),
Bundle("Anchor Distillery Sampler", 10.0,
Article("Old Potrero Straight Rye Whisky", 79.95),
Article("Junipero Gin", 32.95)
)
)

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abstarct class Item case class Article(description: String, price: Double) extends Item case class Bundle(description: String, price: Double, items: Item*) extends Item   Bundle("Father's day special", 20.0,   Article("Scala for the Impatient", 39.95),   Bundle("Anchor Distillery Sampler", 10.0,     Article("Old Potrero Straight Rye Whisky", 79.95),     Article("Junipero Gin", 32.95)   ) )

模式可以匹配到特定的嵌套：

case Bundle(_, _, Article(descr, _), _*) => ...

1	case Bundle(_, _, Article(descr, _), _*) => ...

上面的代码中descr这个变量被绑定到第一个Article的description。另外还可以使用@来将值绑定到变量：

// art被绑定为第一个Article，rest是剩余的Item序列
case Bundle(_, _, art @ Article(_, _), rest @ _*) => ...

1 2	// art被绑定为第一个Article，rest是剩余的Item序列 case Bundle(_, _, art @ Article(_, _), rest @ _*) => ...

下面是个使用了模式匹配来递归计算Item价格的函数。

实际应用
def price(it: Item): Double = it match {
case Article(_, p) => p
case Bundle(_, disc, its @ _*) => its.map(price _).sum - disc
}

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def price(it: Item): Double = it match {   case Article(_, p) => p   case Bundle(_, disc, its @ _*) => its.map(price _).sum - disc }

密封类

当使用样例类来做模式匹配时，如果要让编译器确保已经列出所有可能的选择，可以将样例类的通用超类声明为sealed。

密封类的所有子类都必须在与该密封类相同的文件中定义。

如果某个类是密封的，那么在编译期所有的子类是可知的，因而可以检查模式语句的完整性。

让所有同一组的样例类都扩展某个密封的类或特质是个好的做法。

模拟枚举

可以使用样例类来模拟枚举类型：

sealed abstract class TrafficLightColor
case object Red extends TrafficLightColor
case object Yellow extends TrafficLightColor
case object Green extends TrafficLightColor

color match {
case Red => "stop"
case Yellow => "hurry up"
case Green => "go"
}

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sealed abstract class TrafficLightColor case object Red extends TrafficLightColor case object Yellow extends TrafficLightColor case object Green extends TrafficLightColor   color match {   case Red => "stop"   case Yellow => "hurry up"   case Green => "go" }

Option类型

Option类型用来表示可能存在也可能不存在的值。样例子类Some包装了某个值，而样例对象None表示没有值。Option支持泛型。

scores.get("Alice") match {
case Some(score) => println(score)
case Nome => println("No score")
}

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scores.get("Alice") match {   case Some(score) => println(score)   case Nome => println("No score") }

偏函数（L2）

被包在花括号内的一组case语句是一个偏函数。

偏函数是一个并非对所有输入值都有定义的函数，是PartialFunction[A, B]类的一个实例，其中A是参数类型，B是返回类型。该类有两个方法：apply方法从匹配的模式计算函数值；isDefinedAt方法在输入至少匹配其中一个模式时返回true。

val f: PartialFunction[Char, Int] = { case '+' => 1; case '-' => -1 }
f('-') // 返回-1
f.isDefinedAt('0') // false
f('0') //抛出MatchError

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val f: PartialFunction[Char, Int] = { case '+' => 1; case '-' => -1 } f('-')  // 返回-1 f.isDefinedAt('0')  // false f('0')  //抛出MatchError