声明一个空的模式匹配函数

Question

如何声明一个空/无大小写模式匹配函数以满足类型定义？我很高兴该函数在被调用时会抛出运行时异常。

我正在处理Scala tutorial for Java programmers，其中我有一个工作函数，它在给定String => Int 映射的情况下对呈现为树的数学表达式执行变量替换。即使不应该存在变量（在这种情况下，在对表达式求导之后），我也想调用相同的代码路径，但是我找不到满足类型要求的简洁方法。这是我拥有的完整代码，但感觉不对：

abstract class Tree

case class Sum(l: Tree, r: Tree) extends Tree
case class Var(n: String) extends Tree
case class Const(v: Int) extends Tree

object CalculatorPatternsPrime {
  def eval(tree: Tree, env: String => Int): Int = tree match {
    case Sum(l, r) => eval(l, env) + eval(r, env)
    case Var(n) => env(n)
    case Const(v) => v
  }

  def eval(tree: Tree): Int = eval(tree, { case "ignore" => -1 })

  def derive(tree: Tree, v: String): Tree = tree match {
    case Sum(l, r) => Sum(derive(l, v), derive(r, v))
    case Var(n) if (n == v) => Const(1)
    case _ => Const(0)
  }

  def main(args: Array[String]): Unit = {
    val env: String => Int = { case "x" => 5 case "y" => 7 }
    val tree = Sum(
      Sum(Const(7), Var("y")),
      Sum(Var("x"), Var("x"))
    )
    println(eval(tree, env))
    println(derive(tree, "x"))
    println(eval(derive(tree, "x")))
  }
}

如您所见，我有一个虚拟的{ case "ignore" => -1 } 来使类型系统满意，并且代码工作正常，但我觉得必须有更好的方法来做到这一点。以下是我考虑过的两种选择：

1. 只需将完整的方法主体写入eval(tree: Tree)，而不是尝试调用eval(tree: Tree, env: String => Int)，但这会重复处理Sum 和Const 情况的代码。
2. 使 env 成为可选/联合类型并让它抛出 NPE。

这里的惯用方法是什么？

Answer 1

有几种方法可以解决这个问题：

首先，正如 jwvh 所指出的，您可以通过对双参数 eval 中的第二个参数使用默认参数来消除单参数 eval。

那么问题来了，那个默认参数应该是什么？

env 是一个String => Int，它是Function1[-A, +R] 的简写：在参数类型中是逆变的，在结果类型中是协变的。对于我们的目的，这意味着任何接受超类型String（包括String）并导致子类型Int（包括Int）的函数都可以工作。

既然你说你可以投掷，这是一个合理的默认函数：

{ a: Any => throw new AssertionError(s"shouldn't have looked up $a in the environment") }

假设系统的其他一些组件正在确保如果传递给eval 的树中有Var 表达式，那么环境中总是有一个适当的条目，这可能是最诚实的做法：某事在你的系统中重要的不是保持一个不变量，所以试图在你的系统中推理它可能只会让事情变得更糟。

该函数之所以有效，是因为它具有 Any => Nothing 类型，它是 String => Int 的子类型：您可以将 String 传递给它（String 是 Any 的子类型）并且它永远不会有结果不是Int 或Int 的子类型（它没有结果）。

作为替代方案，您也可以使用PartialFunction.empty 作为默认值，如果它被调用，它将抛出MatchError。这适合使用部分函数文字（这是一个裸 { case... } 块）。

所以我会选择其中一个（两者都有type Env = String => Int）

val emptyEnv: Env = { a: Any => throw new AssertionError(s"shouldn't have looked up $a in the environment") }

或

val emptyEnv: Env = PartialFunction.empty

然后将eval定义为：

def eval(tree: Tree, env: Env = emptyEnv): Int

作为旁注，我强烈建议制作Tree sealed：

sealed abstract class Tree

可以定义扩展 Tree 的类的哪些限制，并为您提供更强的保证，即强制执行有关 Trees 的不变量。