Scala 系列（十三）—— 隱式轉換和隱式參數

1、隱式轉換

1.1 使用隱式轉換

隱式轉換指的是以implicit關鍵字聲明帶有單個參數的轉換函數，它將值從一種類型轉換爲另外一種類型，以便使用以前類型所沒有的功能。示例以下：

// 普通人
class Person(val name: String)

// 雷神
class Thor(val name: String) {
  // 正常狀況下只有雷神才能舉起雷神之錘
  def hammer(): Unit = {
    println(name + "舉起雷神之錘")
  }
}

object Thor extends App {
  // 定義隱式轉換方法 將普通人轉換爲雷神 一般建議方法名使用source2Target,即：被轉換對象To轉換對象
  implicit def person2Thor(p: Person): Thor = new Thor(p.name)
  // 這樣普通人也能舉起雷神之錘
  new Person("普通人").hammer()
}

輸出： 普通人舉起雷神之錘

1.2 隱式轉換規則

並非你使用implicit轉換後，隱式轉換就必定會發生，好比上面若是不調用hammer()方法的時候，普通人就仍是普通人。一般程序會在如下狀況下嘗試執行隱式轉換：

• 當對象訪問一個不存在的成員時，即調用的方法不存在或者訪問的成員變量不存在；
• 當對象調用某個方法，該方法存在，可是方法的聲明參數與傳入參數不匹配時。

而在如下三種狀況下編譯器不會嘗試執行隱式轉換：

• 若是代碼可以在不使用隱式轉換的前提下經過編譯，則不會使用隱式轉換；
• 編譯器不會嘗試同時執行多個轉換，好比convert1(convert2(a))*b；
• 轉換存在二義性，也不會發生轉換。

這裏首先解釋一下二義性，上面的代碼進行以下修改，因爲兩個隱式轉換都是生效的，因此就存在了二義性：

//兩個隱式轉換都是有效的
implicit def person2Thor(p: Person): Thor = new Thor(p.name)
implicit def person2Thor2(p: Person): Thor = new Thor(p.name)
// 此時下面這段語句沒法經過編譯
new Person("普通人").hammer()

其次再解釋一下多個轉換的問題：

class ClassA {
  override def toString = "This is Class A"
}

class ClassB {
  override def toString = "This is Class B"
  def printB(b: ClassB): Unit = println(b)
}

class ClassC

class ClassD

object ImplicitTest extends App {
  implicit def A2B(a: ClassA): ClassB = {
    println("A2B")
    new ClassB
  }

  implicit def C2B(c: ClassC): ClassB = {
    println("C2B")
    new ClassB
  }

  implicit def D2C(d: ClassD): ClassC = {
    println("D2C")
    new ClassC
  }

  // 這行代碼沒法經過編譯，由於要調用到printB方法，須要執行兩次轉換C2B(D2C(ClassD))
  new ClassD().printB(new ClassA)
    
  /*
   *  下面的這一行代碼雖然也進行了兩次隱式轉換，可是兩次的轉換對象並非一個對象,因此它是生效的:
   *  轉換流程以下:
   *  1. ClassC中並無printB方法,所以隱式轉換爲ClassB,而後調用printB方法;
   *  2. 可是printB參數類型爲ClassB,然而傳入的參數類型是ClassA,因此須要將參數ClassA轉換爲ClassB,這是第二次;
   *  即: C2B(ClassC) -> ClassB.printB(ClassA) -> ClassB.printB(A2B(ClassA)) -> ClassB.printB(ClassB)
   *  轉換過程1的對象是ClassC,而轉換過程2的轉換對象是ClassA,因此雖然是一行代碼兩次轉換，可是仍然是有效轉換
   */
  new ClassC().printB(new ClassA)
}

// 輸出：
C2B
A2B
This is Class B

1.3 引入隱式轉換

隱式轉換的能夠定義在如下三個地方：

• 定義在原類型的伴生對象中；
• 直接定義在執行代碼的上下文做用域中；
• 統必定義在一個文件中，在使用時候導入。

上面咱們使用的方法至關於直接定義在執行代碼的做用域中，下面分別給出其餘兩種定義的代碼示例：

定義在原類型的伴生對象中：

class Person(val name: String)
// 在伴生對象中定義隱式轉換函數
object Person{
  implicit def person2Thor(p: Person): Thor = new Thor(p.name)
}

class Thor(val name: String) {
  def hammer(): Unit = {
    println(name + "舉起雷神之錘")
  }
}

// 使用示例
object ScalaApp extends App {
  new Person("普通人").hammer()
}

定義在一個公共的對象中：

object Convert {
  implicit def person2Thor(p: Person): Thor = new Thor(p.name)
}

// 導入Convert下全部的隱式轉換函數
import com.heibaiying.Convert._

object ScalaApp extends App {
  new Person("普通人").hammer()
}

注：Scala自身的隱式轉換函數大部分定義在Predef.scala中，你能夠打開源文件查看，也能夠在Scala交互式命令行中採用:implicit -v查看所有隱式轉換函數。

2、隱式參數

2.1 使用隱式參數

在定義函數或方法時可使用標記爲implicit的參數，這種狀況下，編譯器將會查找默認值，提供給函數調用。

// 定義分隔符類
class Delimiters(val left: String, val right: String)

object ScalaApp extends App {
  
    // 進行格式化輸出
  def formatted(context: String)(implicit deli: Delimiters): Unit = {
    println(deli.left + context + deli.right)
  }
    
  // 定義一個隱式默認值 使用左右中括號做爲分隔符
  implicit val bracket = new Delimiters("(", ")")
  formatted("this is context") // 輸出: (this is context)
}

關於隱式參數，有兩點須要注意：

1.咱們上面定義formatted函數的時候使用了柯里化，若是你不使用柯里化表達式，按照一般習慣只有下面兩種寫法：

// 這種寫法沒有語法錯誤，可是沒法經過編譯
def formatted(implicit context: String, deli: Delimiters): Unit = {
  println(deli.left + context + deli.right)
} 
// 不存在這種寫法，IDEA直接會直接提示語法錯誤
def formatted( context: String,  implicit deli: Delimiters): Unit = {
  println(deli.left + context + deli.right)
}

上面第一種寫法編譯的時候會出現下面所示error信息,從中也能夠看出implicit是做用於參數列表中每一個參數的，這顯然不是咱們想要到達的效果，因此上面的寫法採用了柯里化。

not enough arguments for method formatted: 
(implicit context: String, implicit deli: com.heibaiying.Delimiters)

2.第二個問題和隱式函數同樣，隱式默認值不能存在二義性，不然沒法經過編譯，示例以下：

implicit val bracket = new Delimiters("(", ")")
implicit val brace = new Delimiters("{", "}")
formatted("this is context")

上面代碼沒法經過編譯，出現錯誤提示ambiguous implicit values，即隱式值存在衝突。

2.2 引入隱式參數

引入隱式參數和引入隱式轉換函數方法是同樣的，有如下三種方式：

• 定義在隱式參數對應類的伴生對象中；
• 直接定義在執行代碼的上下文做用域中；
• 統必定義在一個文件中，在使用時候導入。

咱們上面示例程序至關於直接定義執行代碼的上下文做用域中，下面給出其餘兩種方式的示例：

定義在隱式參數對應類的伴生對象中；

class Delimiters(val left: String, val right: String)

object Delimiters {
  implicit val bracket = new Delimiters("(", ")")
}

// 此時執行代碼的上下文中不用定義
object ScalaApp extends App {

  def formatted(context: String)(implicit deli: Delimiters): Unit = {
    println(deli.left + context + deli.right)
  }
  formatted("this is context") 
}

統必定義在一個文件中，在使用時候導入：

object Convert {
  implicit val bracket = new Delimiters("(", ")")
}

// 在使用的時候導入
import com.heibaiying.Convert.bracket

object ScalaApp extends App {
  def formatted(context: String)(implicit deli: Delimiters): Unit = {
    println(deli.left + context + deli.right)
  }
  formatted("this is context") // 輸出: (this is context)
}

2.3 利用隱式參數進行隱式轉換

def smaller[T] (a: T, b: T) = if (a < b) a else b

在Scala中若是定義了一個如上所示的比較對象大小的泛型方法，你會發現沒法經過編譯。對於對象之間進行大小比較，Scala和Java同樣，都要求被比較的對象須要實現java.lang.Comparable接口。在Scala中，直接繼承Java中Comparable接口的是特質Ordered，它在繼承compareTo方法的基礎上，額外定義了關係符方法，源碼以下:

trait Ordered[A] extends Any with java.lang.Comparable[A] {
  def compare(that: A): Int
  def <  (that: A): Boolean = (this compare that) <  0
  def >  (that: A): Boolean = (this compare that) >  0
  def <= (that: A): Boolean = (this compare that) <= 0
  def >= (that: A): Boolean = (this compare that) >= 0
  def compareTo(that: A): Int = compare(that)
}

因此要想在泛型中解決這個問題，有兩種方法：

1. 使用視圖界定

object Pair extends App {

 // 視圖界定
  def smaller[T<% Ordered[T]](a: T, b: T) = if (a < b) a else b
 
  println(smaller(1,2)) //輸出 1
}

視圖限定限制了T能夠經過隱式轉換Ordered[T]，即對象必定能夠進行大小比較。在上面的代碼中smaller(1,2)中參數1和2其實是經過定義在Predef中的隱式轉換方法intWrapper轉換爲RichInt。

// Predef.scala
@inline implicit def intWrapper(x: Int)   = new runtime.RichInt(x)

爲何要這麼麻煩執行隱式轉換，緣由是Scala中的Int類型並不能直接進行比較，由於其沒有實現Ordered特質，真正實現Ordered特質的是RichInt。

2. 利用隱式參數進行隱式轉換

Scala2.11+後，視圖界定被標識爲廢棄，官方推薦使用類型限定來解決上面的問題，本質上就是使用隱式參數進行隱式轉換。

object Pair extends App {

   // order既是一個隱式參數也是一個隱式轉換，即若是a不存在 < 方法，則轉換爲order(a)<b
  def smaller[T](a: T, b: T)(implicit order: T => Ordered[T]) = if (a < b) a else b

  println(smaller(1,2)) //輸出 1
}

參考資料

1. Martin Odersky . Scala編程(第3版)[M] . 電子工業出版社 . 2018-1-1
   
2. 凱.S.霍斯特曼 . 快學Scala(第2版)[M] . 電子工業出版社 . 2017-7

更多大數據系列文章能夠參見我的 GitHub 開源項目： 程序員大數據入門指南