《Scala by Example》第7章 樣本類和模式匹配

　　現在，我們想要寫一個對於數學計算表達式的解釋器。為了保持內容簡單，我們規定這里只有數字和“+”運算。這樣的表達式可以表示成一個類繼承關系。有一個抽象基類Expr作為根類，和兩個子類：Number和Sum。則表達式 1 + (3 + 7) 可以表示成：

new Sum(new Number(1) , new Sum(new Number(3) , new Number(7)))

現在，一個像這樣的表達式要知道傳入的是什么類型(Sum或者Number)。下面的實現提供了所有必要的方法。

類：Expr

abstract class Expr {
  def isNumber : Boolean 
  def isSum : Boolean 
  def numValue : Int
  def leftOp : Expr
  def rightOp : Expr

}

類Number：

class Number(n : Int) extends Expr {

  def isNumber(): Boolean = true 

  def isSum(): Boolean = false

  def numValue(): Int = n 

  def leftOp(): Expr = error("Number.leftOp")

  def rightOp(): Expr = error("Number.rightOp")

}

類Sum

class Sum(e1 : Expr , e2 : Expr) extends Expr {

  def isNumber(): Boolean = false

  def isSum(): Boolean = true

  def numValue(): Int = error("Sum.numValue")

  def leftOp(): Expr = e1

  def rightOp(): Expr = e2

}

有了這些類，可以寫出如下的計算函數

def eval( e : Expr) : Int = {
    if ( e.isNumber) e.numValue
    else if ( e.isSum) eval(e.leftOp) + eval(e.rightOp)
    else error("unrecognized expression kind")
  }

但是這樣的定義很枯燥。更甚者，如果我們想增加一種新的表達式類型就會發生一些問題。例如，如果想增加一個類Prod用來表示products，那么不僅要實現這個新類，而且還要在Expr中加入對這種類型的判斷。不得不改變已存在的代碼對於一個增長的系統而言，經常會引入問題，包括版本和維護問題等。

　　對面向對象語言而言，這樣的修改應該是非必須的。

　　考慮一下，如果用上面的方式，增加一個類型或者增加一個方法，會改動到很多類文件。我們要考慮的是，首先一個抽象基類的哪個子類要被用到，其次，構造參數是什么。因為這個問題很普通，Scala提供了case class來自動解決這個問題。

7.1  case class 和 case objects

 　　定義是和普通的Class，object一樣的，只是多了一個修飾符case 。如以下定義：

abstract class Expr
case class Number( n :Int) extends Expr
case class Sum(e1 : Expr , e2 : Expr) extends Expr

這樣就引入了兩個case class 。 定義為case，有以下的特性：

• Case Class 隱式地就有了一個構造方法，與類名一致。可以直接使用Sum(Sum(Number(1) , Number(2)) , Number(3))
• 隱式地有了toString , equals 和hashCode的實現。在重寫的時候把這個類里所有的成員都用上。(書上說的是把類參數當成val去維護)
• 可以直接訪問構造參數。否則在其他的類中，應該再提供類似於def n : Int 這樣的方法來讓外界訪問這個變量。
• 樣本類允許模式構造指向樣本類的構造器(?翻譯的可能有問題。回頭應該再看看《Scala編程》中的說法，尼瑪，沒有！)

7.2 模式匹配

　　模式匹配是一個從C或Java的switch表達式泛化到類層級。Scala里用match 代替了switch表達式。match表達式里帶有很多的case 。 如下是一個用模式匹配來實現的eval方法：

def eval(e : Expr) : Int = e match{
  case Number(n) => n
  case Sum(l , r) => eval(l ) + eval(r)
}

例子中有兩個case。每個模式都與一個表達式相關聯。通常，“模式”由以下幾個部分構成：

• 樣本類構造器，如Number，Sum，參數可以也是模式；
• 模式參數，如e1 , e2
• 通配符：_
• 字面量，如 1, true , "abc"
• 常量，如MAXINT , EmptySet

模式參數通常以小寫字母開頭，以便與常量標識符區分開。常量要以大寫開頭。每個變量名可能只在模式里出現一次。

模式匹配意義：模式匹配表達式：

 e match {case p1 => e1 ... case pn => en}

根據順序來進行匹配。如果沒有匹配的，會拋出MatchError異常

模式匹配和方法： 在之前的例子中，我們把模式匹配定義在類層級外。當然也可以把它定義在類層級內。例如，可以把eval定義在基類Expr中，同樣也用到模式匹配：

abstract class Expr{
  def eval : Int = this match {
    case Number(n) => n 
    case Sum(e1 , e2) => e1.eval + e2.eval
  }
}

模式匹配匿名函數：到現在為止，case表達式總是跟match操作一起出現。但也可單獨使用case表達式。代碼塊如下：

{case P1 => E1 ... case Pn => En}

只能被自己所見，並進行匹配。換言之，可以被看成為以下匿名函數的縮寫：

(x => x match{case P1 => E1 ... case Pn => En})

x是一個不被表達式其他地方使用的新變量。