Scala中的隐式转换、类型类与属性测试

### Scala 中的隐式转换、类型类与属性测试 #### 1. 隐式转换与类型类基础 在 Scala 编程里，有时候需要将 `val` 改为 `def` 以实现参数化。不过，对于不变类型类，广义约束可能会失效，例如： ```scala scala> implicitly[Cable[UsbConnector] <:< Cable[UsbC[String]]] ^ error: Cannot prove that Cable[UsbConnector] <:< Cable[UsbC[String]]. ``` 但我们仍能连接线缆： ```scala scala> connectCable(UsbC("3.1")) Poly-Connecting UsbC(3.1) ``` 此时，编译器能够为类型类选择最具体的实例。若将隐式 `val usbCCable` 的定义重新引入作用域，输出会改变： ```scala scala> connectCable(UsbC("3.1")) Connecting USB C 3.1 ``` 这展示了静态重载解析的工作方式。接下来探讨编译器在需要隐式值时的查找位置与方式。 #### 2. 隐式作用域解析 为了把隐式值置于所需之处，编译器首先要找到它们，这个过程就是隐式作用域解析，它有明确规则，以确保隐式值能如语言规范和开发者预期那样被确定。隐式作用域解析是一个三步过程（若把隐式参数作为方法显式参数提供的情况算上，则是四步，但此情况优先级最高且不涉及隐式查找，故不考虑）。具体步骤如下： - **当前调用（或词法）作用域**：优先级高于隐式作用域，包含可直接通过名称访问（无需前缀）的隐式值，例如： - 局部声明 - 外部作用域声明 - 包对象 - 继承链 - 导入语句 - **隐式作用域**：递归查找，包括以下内容： - 参数的伴生对象 - 超类型的伴生对象 - 混入类型（超特质）的伴生对象 - 类型的伴生对象 - 类型参数的伴生对象 - 类型构造器的伴生对象 - **静态重载规则**：当在某个作用域中找到多个隐式值时使用。 下面通过 mermaid 流程图展示隐式作用域解析的流程： ```mermaid graph TD; A[开始] --> B{是否有显式隐式参数}; B -- 是 --> C[使用显式参数]; B -- 否 --> D{词法作用域是否有合适隐式值}; D -- 是 --> E[使用词法作用域隐式值]; D -- 否 --> F{隐式作用域是否有合适隐式值}; F -- 是 --> G{是否有多个隐式值}; G -- 是 --> H[使用静态重载规则选择]; G -- 否 --> I[使用隐式作用域隐式值]; F -- 否 --> J[报错，未找到合适隐式值]; ``` #### 3. 词法作用域 词法作用域定义了嵌套语言结构（如方法、函数和其他结构化块）中变量的解析方式。一般来说，外部块的定义在内部块中可见（除非被遮蔽）。以下代码展示了此作用域中隐式解析可能出现的所有冲突： ```scala package object resolution { implicit val a: TS = new TS("val in package object") // (1) } package resolution { class TS(override val toString: String) class Parent { // implicit val c: TS = new TS("val in parent class") // (2) } trait Mixin { // implicit val d: TS = new TS("val in mixin") // (3) } // import Outer._ // (4) class Outer { // implicit val e: TS = new TS("val in outer class") // (5) // import Inner._ // (6) class Inner(/*implicit (7) */ val arg: TS = implicitly[TS]) extends Parent with Mixin { // implicit val f: TS = new TS("val in inner class") (8) private val resolve = implicitly[TS] } object Inner { implicit val g: TS = new TS("val in companion object") } } object Outer { implicit val h: TS = new TS("val in parent companion object") } } ``` 可能的冲突已标注。可以看出，包对象、外部和内部作用域中的隐式值，以及引入到内部或外部作用域的隐式值权重相同。若类构造函数的参数声明为隐式，也会导致冲突。 #### 4. 隐式作用域 隐式作用域优先级低于词法作用域，通常包括（若适用）类型的伴生对象、参数类型的隐式作用域、类型参数的隐式作用域，对于嵌套类型，还包括外部对象。以下示例展示了前三种情况： ```scala import scala.language.implicitConversions trait ParentA { def name: String } trait ParentB class ChildA(val name: String) extends ParentA with ParentB object ParentB { implicit def a2Char(a: ParentA): Char = a.name.head } object ParentA { implicit def a2Int(a: ParentA): Int = a.hashCode() implicit val ordering = new Ordering[ChildA] { override def compare(a: ChildA, b: ChildA): Int = implicitly[Ordering[String]].compare(a.name, b.name) } } object ChildA { implicit def a2String(a: ParentA): String = a.name } trait Test { def test(a: ChildA) = { val _: Int = a // companion object of ParentA val _: String = a // companion object of ChildA val _: Char = a // companion object of ParentB } def constructor[T: Ordering](in: T*): List[T] = in.toList.sorted // companion object of type constructor ```