内容简介:在Java中为了避免多重继承所带来的昂贵代价(方法或字段冲突、菱形继承等问题),Java的设计者们使用了以上代码类似于以下的Java代码
Traits
特质,一个我们既熟悉又陌生的特性。熟悉是因为你会发现它和你平时在 Java 中使用的interface接口有着很大的相似之处,而陌生又是因为 Traits
的新玩法会让你打破对原有接口的认知,进入一个更具有挑战性,玩法更高级的领域。所以,在一开始,我们可以对 Traits
有一个初步的认识:它是一个加强版的 interface
。之后,随着你对它了解的深入,你就会发现相比Java接口, Traits
跟类更为相似。再之后,你或许会觉察到,
Traits
在尝试着将抽象更好地融为了一个整体。
Traits 入门
在Java中为了避免多重继承所带来的昂贵代价(方法或字段冲突、菱形继承等问题),Java的设计者们使用了 interface接口
。而为了解决Java接口无法进行 stackable modifications
(即无法使用对象状态进行迭代)、无法提供字段等局限,在Scala中,我们使用 Traits
特质而非接口。
定义一个trait
trait Animal{ val typeOf: String = "哺乳动物" // 带有默认值的字段 def move(): Unit = { // 带有默认实现的方法 println("walk") } def eat() //未实现的抽象方法 }
以上代码类似于以下的Java代码
public interface Animal{ String typeOf = "哺乳动物"; default void move(){ System.out.println("walk"); } void eat(); }
在Scala中使用关键字 trait
而不 interface
,和Java接口一样, trait
也可以有默认方法的实现。也就是说Java接口有的, trait
基本上也都有,而且实现起来要优雅许多。
之所以要说类似于以上的Java代码,原因在于 trait
拥有的是字段 typeOf
,而 interface
拥有的是静态属性 typeOf
。这是 interface
和 trait
的一点区别。但是再仔细观察思考这一点区别,
更好更灵活的字段设计,是否使得 trait
更好地组织了抽象,使得它们成为了一个更好的整体。
mix in trait
和Java一样,Scala只支持单继承,但却可以有任意数量的特质。在Scala中,我们不称接口被 implements
实现了,而是 traits
被mix in混入了类中。
class Birdextends Animal{ override val typeOf: String = "蛋生动物" override def eat(): Unit = { println("eat bugs") } override def move(): Unit = { println("fly") } }
以上代码中, Bird
类混入了特质 Animal
。当类混入了多个特质时,需要使用 with
关键字
trait Egg class Birdextends Animalwith Egg{ override val typeOf: String = "蛋生动物" override def eat(): Unit = { println("eat bugs") } override def move(): Unit = { println("fly") } }
在Scala中,我们将 extends with
的这种语法解读为一个整体,例如在以上代码中,我们将 extends Animal with Egg
看做一个整体,然后被 Bird
类混入。从这里你是否也能够感受到
trait
在尝试着将抽象更好地融为一个整体。
到这里,你或许能够发现,相比 Java interface
, trait
和类更加相似。而事实也确实如此, trait
可以具备类的所有特性,除了缺少构造器参数。这一点 trait
可以使用构造器字段来达到同样的效果。也就是说你不能想给类传入构造器参数那样给特质传入参数。具体代码这里就不再演示。
其实在这里我们可以简单地思考一番,为什么要把 trait
设计得这么像一个 class
,是设计者们有意为之,还是无意间的巧合。其实,不管怎么样,
个人认为,但从设计层面来讲, class
类的设计就比 trait
更加具备一致性,class产生的对象就可以被很好的管理,为什么我们不像管理对象一样来管理我们的抽象呢?
Traits的两大基本应用
Traits
最常见的两种使用方式:一种是和Java接口类似,用于设计富接口,另一种是 Traits
独有的 stackable modifications
。这里就说到了 interface
和 trait
的第二个区别, Traits
支持 stackable modificatio
,使它能够使用对象状态,可以对对象状态进行灵活地迭代。
rich interface
富接口的应用要归功于 interface
中对默认方法这一特性的支持,一方面松绑了类和接口之间实现与被实现之间的强关系,另一方面为程序的可扩展性代入了很大的灵活性。 trait
在这一方面的应用和Java的没有很大的区别。而 trait
中的默认方法的实现背后采用的也是 interface
中的 default
默认方法。
trait Hello{ def hello(): Unit = {println("hello") } }
interface Hello2{ default void hello(){...} }
stackable modifications
关于 stackable modifications
,顾名思义,我们将 modification
保存在了一个 stack
栈中。也就是说我们可以对运算的结果进行不断的迭代处理,已达到我们想要的结果。这对于想要分布处理并得到某一结果的需求来说是非常有用的。
这里我们借用一下 programming in scala
中的例子:
abstract class IntQueue{ def get(): Int def put(x: Int) } import scala.collection.mutable.ArrayBuffer class BasicIntQueueextends IntQueue{ private val buf = new ArrayBuffer[Int] def get() = buf.remove(0) def put(x: Int) { buf += x } } trait Doublingextends IntQueue{ abstract override def put(x: Int) { super.put(2 * x) } } trait Incrementingextends IntQueue{ abstract override def put(x: Int) { super.put(x + 1) } } trait Filteringextends IntQueue{ abstract override def put(x: Int) { if (x >= 0) super.put(x) } }
在以上代码中我们定义了一个抽象的队列,有 put
和 get
方法,在类BasicIntQueue中提供了相应的实现方法。同时又定义了三个特质 Doubling
、 Incrementing
、 Filtering
,它们都继承了IntQueue抽象类(还记得之前讲过的, trait
可以具备类的所有特性),并重写了其中的方法。 Doubling
将处理结果*2, Incrementing
特质将处理结果做了+1处理, Filtering
将过滤掉<0的值。
我们在来看以下的运行结果:
scala> val queue = (new BasicIntQueue with Incrementing with Filtering) queue: BasicIntQueue with Incrementing with Filtering... scala> queue.put(-1); queue.put(0); queue.put(1) scala> queue.get() res15: Int = 1 scala> queue.get() res16: Int = 2
scala> val queue = (new BasicIntQueue with Filtering with Incrementing) queue: BasicIntQueue with Filtering with Incrementing... scala> queue.put(-1); queue.put(0); queue.put(1) scala> queue.get() res17: Int = 0 scala> queue.get() res18: Int = 1 scala> queue.get() res19: Int = 2
仔细观察以上的代码,了解了上面的代码,你基本也就了解了 stackable modifications
。
首先,你可以观察到,以上的两段代码整体相似,却得到不同的运行结果,原因只是因为特质 Filtering
和 Incrementing
混入的顺序不同。我们仔细查看一下特质中的方法实现,可以发现在特质中都通过 super
关键字调用了父类的方法。而以上情况的产生原因就在于此。 trait
中的 super
是支持 stackable modifications
的根本关键。
在 trait
中的 super
是动态绑定的,并且 super
调用的是另一个特质中的方法,具体哪个特质中的方法被调用需要取决于特质被混入的顺序。对于一般的序列,我们可以采用”从后往前”的顺序来推断 super
的调用顺序。
就拿以上的代码而言。
new BasicIntQueue with Incrementing with Filtering
代码的super的执行顺序按照从后往前的规则依次是:
Filtering -> Incrementing -> BasicIntQueue
举个具体的例子:
例如这个时候我执行了 put(1)
的代码,那么按照上面的执行顺序,
先执行 Filtering
的 put
方法判断值是否大于1,发现合法,将值1传给 Incrementing
中的 put
方法, Incrementing
中的 put
方法将值加1之后传给 BasicIntQueue
然后将最终的值2放入队列中。
以上代码的执行过程就是 stackable modifications
的核心。因此到这里,你或许也能理解以上因为混入顺序不同而出现的不同结果了吧。
另外,说到动态性,我们在这里也可以简单地聊几句。在Java中, super
的静态性与 trait
中 super
的动态性形成了鲜明的对比。而动态性所带来的种种优势与强大,我们也已经在这一小节的内容中见识了一二。其实动态性抽离出来是一种设计思想,而它也早已在我们的身边大展拳脚。例如我们熟知的IOC依赖注入,AOP面向切面编程,以及前端的动态压缩技术等等,能够列举的还有很多,而它们的背后就是动态性的思想,你越是灵活,能够做的事也就越多。
Traits 探索
Traits构造顺序
trait Test{ val name:String = "hello" //特质构造器的一部分 println(name); // 特质构造器的一部分 }
正如你在以上代码中所见的,在特质大括号中包裹的执行语句均属于特质构造器的一部分。
特质构造器的顺序如下:(参考自《快学Scala》)
extends
举个例子:
class SavingAccountextends Accountwith FileLoggerwith ShortLogger trait ShortLoggerextends Logger trait FileLoggerextends Logger
以上构造器将按如下顺序执行:
-
Account
(超类) -
Logger
(第一个特质的父特质) -
FileLogger
(第一个特质) -
ShortLogger
(从左往右第二个特质,它的父特质Logger
已经被构造,不再重复构造) -
SavingAccount
(类构造器)
线性化
其实以上构造器顺序实现的背后使用的是一种叫”线性化”的技术。
拿以上的代码作为例子:
class SavingAccountextends Accountwith FileLoggerwith ShortLogger
以上的代码将被线性化解析为:
>>
的意思是右侧将先被构造
lin(SavingsAccount) = SavingsAccount >> lin(ShortLogger) >> lin(FileLogger) >> lin(Account) = SavingsAccount >> (ShortLogger >> Logger) >> (FileLogger >> Logger) >> Account = SavingsAccount >> ShortLogger >> FileLogger >> Logger >> Account
仔细观察以下线性化的结果,你会发现,以上的顺序就是构造器执行的顺序。同时,线性化也给出了 super
的执行顺序,举例来说,在 ShortLogger
中调用 super
将调用右侧的 FileLogger
中的方法,而 FileLogger
中的 super
将调用右侧 Logger
中的方法,依次类推。
特质字段初始化
因此由于特质构造器的执行时间要早于类构造器的执行,因此在初始化特质中的字段时要额外注意字段的执行时间,避免出现空指针的情况。例如以下代码就会出现错误
trait Hello{ val name:String val out = new PrintStream(name) } val test = new Test with Hello { val name = "Rhyme" // Error 类构造器晚于特质构造器 }
解决方法有 提前定义
或者 懒值
。
采用提前定义的代码如下所示:
val test = new { val name = "Rhyme" //先于所有的构造器执行 }Test with Hello
采用提前定义的方式使得代码不太雅观,我们还可以使用懒值的方式。
采用懒值的方式如下:
trait Hello{ val name:String lazy val out = new PrintStream(name) // 使用懒值,延迟name的初始化 }
懒值在每次使用前都回去检查字段是否已经初始化,存在一定的使用开销,使用前需要仔细考虑。
由于篇幅限制,关于 trait
的探索,我们就到此为止。希望本文能够对你学习和了解 trait
提供一点帮助。在下一章我们将介绍 trait
稍微高级一点的用法,自身类型和结构类型。
以上就是本文的全部内容,希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助,也希望大家多多支持 码农网
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