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Scala继承和特质

后端 hadoop scala 2019/07/18

本文于1684天之前发表，文中内容可能已经过时。

一、继承

1.1 Scala中的继承结构

Scala中继承关系如下图：

  • Any是整个继承关系的根节点；
  • AnyRef包含Scala Classes和Java Classes，等价于Java中的java.lang.Object；
  • AnyVal是所有值类型的一个标记；
  • Null是所有引用类型的子类型，唯一实例是null，可以将null赋值给除了值类型外的所有类型的变量;
  • Nothing是所有类型的子类型。

1.2 extends & override

Scala的集成机制和Java有很多相似之处，比如都使用extends关键字表示继承，都使用override关键字表示重写父类的方法或成员变量。示例如下：

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//父类
class Person {

  var name = ""
  // 1.不加任何修饰词,默认为public,能被子类和外部访问
  var age = 0
  // 2.使用protected修饰的变量能子类访问，但是不能被外部访问
  protected var birthday = ""
  // 3.使用private修饰的变量不能被子类和外部访问
  private var sex = ""
    
  def setSex(sex: String): Unit = {
    this.sex = sex
  }
  // 4.重写父类的方法建议使用override关键字修饰
  override def toString: String = name + ":" + age + ":" + birthday + ":" + sex

}

使用extends关键字实现继承：

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// 1.使用extends关键字实现继承
class Employee extends Person {

  override def toString: String = "Employee~" + super.toString

  // 2.使用public或protected关键字修饰的变量能被子类访问
  def setBirthday(date: String): Unit = {
    birthday = date
  }

}

测试继承：

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object ScalaApp extends App {

  val employee = new Employee

  employee.name = "myhhub"
  employee.age = 20
  employee.setBirthday("2019-03-05")
  employee.setSex("男")

  println(employee)
}

// 输出： Employee~myhhub:20:2019-03-05:男

1.3 调用超类构造器

在Scala的类中，每个辅助构造器都必须首先调用其他构造器或主构造器，这样就导致了子类的辅助构造器永远无法直接调用超类的构造器，只有主构造器才能调用超类的构造器。所以想要调用超类的构造器，代码示例如下：

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class Employee(name:String,age:Int,salary:Double) extends Person(name:String,age:Int) {
    .....
}

1.4 类型检查和转换

想要实现类检查可以使用isInstanceOf，判断一个实例是否来源于某个类或者其子类，如果是，则可以使用asInstanceOf进行强制类型转换。

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object ScalaApp extends App {

  val employee = new Employee
  val person = new Person

  // 1. 判断一个实例是否来源于某个类或者其子类 输出 true 
  println(employee.isInstanceOf[Person])
  println(person.isInstanceOf[Person])

  // 2. 强制类型转换
  var p: Person = employee.asInstanceOf[Person]

  // 3. 判断一个实例是否来源于某个类(而不是其子类)
  println(employee.getClass == classOf[Employee])

}

1.5 构造顺序和提前定义

1. 构造顺序

在Scala中还有一个需要注意的问题，如果你在子类中重写父类的val变量，并且超类的构造器中使用了该变量，那么可能会产生不可预期的错误。下面给出一个示例：

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// 父类
class Person {
  println("父类的默认构造器")
  val range: Int = 10
  val array: Array[Int] = new Array[Int](range)
}

//子类
class Employee extends Person {
  println("子类的默认构造器")
  override val range = 2
}

//测试
object ScalaApp extends App {
  val employee = new Employee
  println(employee.array.mkString("(", ",", ")"))

}

这里初始化array用到了变量range，这里你会发现实际上array既不会被初始化Array(10)，也不会被初始化为Array(2)，实际的输出应该如下：

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父类的默认构造器
子类的默认构造器
()

可以看到array被初始化为Array(0)，主要原因在于父类构造器的执行顺序先于子类构造器，这里给出实际的执行步骤：

  1. 父类的构造器被调用，执行new Array[Int](range)语句;
  2. 这里想要得到range的值，会去调用子类range()方法，因为override val重写变量的同时也重写了其get方法；
  3. 调用子类的range()方法，自然也是返回子类的range值，但是由于子类的构造器还没有执行，这也就意味着对range赋值的range = 2语句还没有被执行，所以自然返回range的默认值，也就是0。

这里可能比较疑惑的是为什么val range = 2没有被执行，却能使用range变量，这里因为在虚拟机层面，是先对成员变量先分配存储空间并赋给默认值，之后才赋予给定的值。想要证明这一点其实也比较简单，代码如下:

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class Person {
  // val range: Int = 10 正常代码 array为Array(10)
  val array: Array[Int] = new Array[Int](range)
  val range: Int = 10  //如果把变量的声明放在使用之后，此时数据array为array(0)
}

object Person {
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    val person = new Person
    println(person.array.mkString("(", ",", ")"))
  }
}

2. 提前定义

想要解决上面的问题，有以下几种方法：

(1) . 将变量用final修饰，代表不允许被子类重写，即 final val range: Int = 10；

(2) . 将变量使用lazy修饰，代表懒加载，即只有当你实际使用到array时候，才去进行初始化；

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lazy val array: Array[Int] = new Array[Int](range)

(3) . 采用提前定义，代码如下，代表range的定义优先于超类构造器。

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class Employee extends {
  //这里不能定义其他方法
  override val range = 2
} with Person {
  // 定义其他变量或者方法
  def pr(): Unit = {println("Employee")}
}

但是这种语法也有其限制：你只能在上面代码块中重写已有的变量，而不能定义新的变量和方法，定义新的变量和方法只能写在下面代码块中。

注意事项：类的继承和下文特质(trait)的继承都存在这个问题，也同样可以通过提前定义来解决。虽然如此，但还是建议合理设计以规避该类问题。


二、抽象类

Scala中允许使用abstract定义抽象类，并且通过extends关键字继承它。

定义抽象类：

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abstract class Person {
  // 1.定义字段
  var name: String
  val age: Int

  // 2.定义抽象方法
  def geDetail: String

  // 3. scala的抽象类允许定义具体方法
  def print(): Unit = {
    println("抽象类中的默认方法")
  }
}

继承抽象类：

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class Employee extends Person {
  // 覆盖抽象类中变量
  override var name: String = "employee"
  override val age: Int = 12

  // 覆盖抽象方法
  def geDetail: String = name + ":" + age
}


三、特质

3.1 trait & with

Scala中没有interface这个关键字，想要实现类似的功能，可以使用特质(trait)。trait等价于Java 8中的接口，因为trait中既能定义抽象方法，也能定义具体方法，这和Java 8中的接口是类似的。

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// 1.特质使用trait关键字修饰
trait Logger {

  // 2.定义抽象方法
  def log(msg: String)

  // 3.定义具体方法
  def logInfo(msg: String): Unit = {
    println("INFO:" + msg)
  }
}

想要使用特质，需要使用extends关键字，而不是implements关键字，如果想要添加多个特质，可以使用with关键字。

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// 1.使用extends关键字,而不是implements,如果想要添加多个特质，可以使用with关键字
class ConsoleLogger extends Logger with Serializable with Cloneable {

  // 2. 实现特质中的抽象方法
  def log(msg: String): Unit = {
    println("CONSOLE:" + msg)
  }
}

3.2 特质中的字段

和方法一样，特质中的字段可以是抽象的，也可以是具体的：

  • 如果是抽象字段，则混入特质的类需要重写覆盖该字段；
  • 如果是具体字段，则混入特质的类获得该字段，但是并非是通过继承关系得到，而是在编译时候，简单将该字段加入到子类。
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trait Logger {
  // 抽象字段
  var LogLevel:String
  // 具体字段
  var LogType = "FILE"
}

覆盖抽象字段：

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class InfoLogger extends Logger {
  // 覆盖抽象字段
  override var LogLevel: String = "INFO"
}

3.3 带有特质的对象

Scala支持在类定义的时混入父类trait，而在类实例化为具体对象的时候指明其实际使用的子类trait。示例如下：

trait Logger：

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// 父类
trait Logger {
  // 定义空方法 日志打印
  def log(msg: String) {}
}

trait ErrorLogger：

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// 错误日志打印，继承自Logger
trait ErrorLogger extends Logger {
  // 覆盖空方法
  override def log(msg: String): Unit = {
    println("Error:" + msg)
  }
}

trait InfoLogger：

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// 通知日志打印，继承自Logger
trait InfoLogger extends Logger {

  // 覆盖空方法
  override def log(msg: String): Unit = {
    println("INFO:" + msg)
  }
}

具体的使用类：

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// 混入trait Logger
class Person extends Logger {
  // 调用定义的抽象方法
  def printDetail(detail: String): Unit = {
    log(detail)
  }
}

这里通过main方法来测试：

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object ScalaApp extends App {

  // 使用with指明需要具体使用的trait  
  val person01 = new Person with InfoLogger
  val person02 = new Person with ErrorLogger
  val person03 = new  Person with InfoLogger with ErrorLogger
  person01.log("scala")  //输出 INFO:scala
  person02.log("scala")  //输出 Error:scala
  person03.log("scala")  //输出 Error:scala

}

这里前面两个输出比较明显，因为只指明了一个具体的trait，这里需要说明的是第三个输出，因为trait的调用是由右到左开始生效的，所以这里打印出Error:scala。

3.4 特质构造顺序

trait有默认的无参构造器，但是不支持有参构造器。一个类混入多个特质后初始化顺序应该如下：

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// 示例
class Employee extends Person with InfoLogger with ErrorLogger {...}
  1. 超类首先被构造，即Person的构造器首先被执行；
  2. 特质的构造器在超类构造器之前，在类构造器之后；特质由左到右被构造；每个特质中，父特质首先被构造；
    • Logger构造器执行（Logger是InfoLogger的父类）；
    • InfoLogger构造器执行；
    • ErrorLogger构造器执行;
  3. 所有超类和特质构造完毕，子类才会被构造。


参考资料

  1. Martin Odersky . Scala编程(第3版)[M] . 电子工业出版社 . 2018-1-1
  2. 凯.S.霍斯特曼 . 快学Scala(第2版)[M] . 电子工业出版社 . 2017-7
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