scala 是否提供类似 C++ 模板的东西？

Question

我来自 C++，并试图围绕 scala 的类型系统进行思考。

考虑以下 C++ 模板类：

template<class T>
class Point2
{
  Point2( T x, T y ) :
     x(x),
     y(y)
  {}

  T x;
  T y;
  Point2<T> operator+( Point<T> const& other ) const
  {
     return Point<T>(x+other.x, y+other.y);
  }
  T sumComponents() const { return x+y; }
}

Point2<Double> p0(12.3, 45.6) 
Point2<Double> p1(12.3, 45.6) 
Point2<Double> p = p1+p2
Double d = p1.sumComponents()

我发现我想写这样的东西：

case class Point2[ T ] (x:T, y:T) {
   def +() Point2[T]: = x+y
   def sumComponents() T: = x+y
}

或者，（因为编译有问题），

trait Addable[T] {   // Require T supports the + operatory
   def +( that:T ):T
}
case class Point2[ T<:Addable[T] ] (x:T, y:T) {
   def +() Point2[T]: = x+y
   def sumComponents() T: = x+y
}

这同样有问题，因为我不能要求 Double 来扩展 Addable。

一般来说，我发现 scala 的类型系统适用于一组我不太了解的约束。

在 scala 中实现上述内容的惯用方式是什么？

C++ 模板程序员理解 scala 中泛型限制的正确方法是什么？ （为什么我不能在 scala 中这样做？例如，是因为泛型是在实例化之前编译的吗？）

Answer 1

在scala中实现上述的惯用方式是什么？

通过指定T 的适当要求，或使用类型类来提供所需的行为。我稍后再谈。

C++模板程序员正确理解的方法是什么 scala中泛型的限制？ （为什么我不能在 scala 中这样做？例如 是不是因为泛型是在实例化之前编译的？）

C++ 模板在“使用”站点编译，并为模板的每个参数组合生成不同的代码。因此，如果您将上面的类与int 和double 一起使用，则会编译出两个不同的Point2 类。

基本上，C++ 模板是宏，尽管远没有#define 宏那么愚蠢。事实上，C++ 模板是图灵完备的。也许将来有可能完成类似的事情，即将为 Scala 2.11 及更高版本计划的宏功能，但我们暂时忽略它。

类型参数（Scala 等效于 Java 泛型）不会改变代码的编译方式。参数化类在编译时生成其字节码，而不是在使用时。所以，当用Double 实例化Point2 时，生成字节码已经太迟了。

这意味着参数化类生成的代码必须与类可以实例化的所有类型兼容。

这就是问题的根源：在编译Point2 时，必须知道T 上调用的任何方法都存在于T 上。因此，T 必须定义为具有定义此类方法的特征或类的上限，如您在示例中所示。

当然，正如您正确指出的那样，这并不总是可行的，这就是类型类的用武之地。类型类是一组类型，其中定义了一组行为。在 Scala 中实现的类型类被定义为类，其实例定义了其他类的行为。

在您给出的示例中，您将使用Numeric 类型类，或者如果您还需要小数除法，则使用Fractional 类型类。类型类使用的一个简单示例是：

scala> import scala.math.Numeric
import scala.math.Numeric

scala> def sum[T](x: T, y: T)(implicit num: Numeric[T]): T = num.plus(x, y)
sum: [T](x: T, y: T)(implicit num: scala.math.Numeric[T])T

或者，使用称为“上下文边界”的特殊符号，

scala> def sum[T : Numeric](x: T, y: T): T = implicitly[Numeric[T]].plus(x, y)
sum: [T](x: T, y: T)(implicit evidence$1: scala.math.Numeric[T])T

符号T : Numeric 可以读作T，这样就有Numeric[T] 的隐式实例可用。如果可以找到（或在编译时失败），则代码 implicitly[X] 返回一个类型为 X 的隐式值。

现在，请注意在 x 和 y 上没有调用方法——相反，我们在类为 Numeric[T] 的 num 上调用方法。 Numeric[T] 类有一个 plus 方法，它知道如何添加两个 Ts。

因为我们需要的是类型类实例，所以可以很容易地添加新类型来满足类型类。可以很容易地为Point2 声明一个Numeric 类型类（假设它的所有方法都可以实现）：

class Point2Numeric[T](implicit num: Numeric[T]) extends Numeric[Point2[T]] {
  def plus(x: Point2[T], y: Point2[T]): Point2[T] = x + y
  // etc
}
implicit def ToPoint2Numeric[T : Numeric] = new Point2Numeric[T]

有了这个，那么对于任何有Numeric[T] 的T，也会有一个Numeric[Point2[T]]。

在普通类型继承（类型上限）之后，类型类是 Scala 中最常见的类型约束形式。还有其他一些更复杂的形式，对于它们是类型类还是不同的东西——例如磁铁模式，有一些讨论。看看shapeless 的例子，了解这样的事情能走多远。

另一种过去很常见但现在使用得更谨慎的类型约束是视图边界。我不会详细介绍（实际上，搜索上下文边界和视图边界以从我自己那里找到关于它的长答案），但它们可以用于使类型类在使用时更具可读性。例如：

scala> import scala.math.Numeric.Implicits._
import scala.math.Numeric.Implicits._

scala> def sum[T : Numeric](x: T, y: T): T = x + y
sum: [T](x: T, y: T)(implicit evidence$1: scala.math.Numeric[T])T

导入的定义包含隐式转换，可以使用T 类型的值，其中有Numeric[T]，就好像它们本身具有+ 或- 之类的方法。

作为最后一点，重要的是要意识到这会经历许多间接级别，因此可能不太适合高性能代码。

Answer 2

简单地说，你可以这样做：

scala> :paste
// Entering paste mode (ctrl-D to finish)

import math.Numeric
import math.Numeric.Implicits._

case class Point2[A: Numeric](x: A, y: A) {
  def + (other: Point2[A]): Point2[A] =
    Point2(this.x + other.x, this.y + other.y)

  def sumComponents: A = x + y
}

// Exiting paste mode, now interpreting.

import math.Numeric
import math.Numeric.Implicits._
defined class Point2

scala> val p1 = Point2(1, 2)
p1: Point2[Int] = Point2(1,2)

scala> val p2 = Point2(3, 4)
p2: Point2[Int] = Point2(3,4)

scala> p1 + p2
res2: Point2[Int] = Point2(4,6)

scala> val p3 = Point2(1.2, 3.4)
p3: Point2[Double] = Point2(1.2,3.4)

scala> val p4 = Point2(1.6, 6.4)
p4: Point2[Double] = Point2(1.6,6.4)

scala> p3 + p4
res3: Point2[Double] = Point2(2.8,9.8)

scala>

Answer 3

我创建了一个库template.scala。您可以使用该库创建 C++ 风格的模板，避免复杂的implicits。

import com.thoughtworks.template
case class Point2[T](x:T, y:T) {
   @template def +(rhs: Point2[_]) = Point2(x + rhs.x, y + rhs.y)
   @template def sumComponents() = x + y
}

println(Point2(1, 3).sumComponents()) // Output: 4
println(Point2(1, 3) + Point2(100, 200)) // Output: Point2(101,203)

请注意，您甚至可以加上两个具有不同组件类型的 Point2s。

println(Point2(1.5, 0.3) + Point2(100, 200)) // Output: Point2(101.5,200.3)

偶嵌套Point2:

// Output: Point2(Point2(10.1,20.2),Point2(101.0,202.0))
println(Point2(Point2(0.1, 0.2), Point2(1.0, 2.0)) + Point2(Point2(10, 20), Point2(100, 200)))

之所以有效，是因为@template 函数是将在调用站点内联的代码模板。

Answer 4

这需要一个类型类（我称之为Addition）和一个隐式转换（我通过一个名为Op 的隐式类来定义）。在实践中，您会在这种特殊情况下使用 Numeric 类型，但为了便于说明，您可以这样定义自己的类型：

trait Addition[T] {

  def add(a: T, b: T): T

  implicit class Op(a: T) { 
    def +(b: T) = add(a, b)
  }
}

implicit object IntAddition extends Addition[Int] {
  def add(a: Int, b: Int) = a + b
}

implicit object DoubleAddition extends Addition[Double] {
  def add(a: Double, b: Double) = a + b
}

case class Point2[T](x: T, y: T)(implicit addition: Addition[T]) {

  import addition.Op

  def +(p: Point2[T]): Point2[T] = Point2(x + p.x, y + p.y)
  def sumComponents(): T = x + y
}

Answer 5

使用Numeric，可用作implicit。

import scala.math.Numeric;
case class Point2[T](x: T, y: T)(implicit num: Numeric[T])

看看Numericin the API，做你需要的。