Scala入门到精通——第二十四节 高级类型 （三）

作者：摆摆少年梦

视频地址：http://blog.csdn.net/wsscy2004/article/details/38440247

本节主要内容

Type Specialization

Manifest、TypeTag、ClassTag

Scala类型系统总结

在scala中，类(class)与类型(type)是两个不一样的概念。我们知道类是对同一类型数据的抽象，而类型则更具体。比如定义class List[T] {}, 可以有List[Int] 和 List[String]等具体类型，称List为类，而List[Int]、List[String]则为类型。从这方面看：类型一致的对象它们的类也是一致的；而类一致的，其类型不一定一致。例如：

//List[Int]与List[String]它们的类是相同的即List
scala> classOf[List[Int]] == classOf[List[String]]
res1: Boolean = true

scala> import scala.reflect.runtime.universe._
import scala.reflect.runtime.universe._
//类相同，但它们的类型是不一样的
scala>  typeOf[List[Int]] == typeOf[List[String]]
res3: Boolean = false

1. Type Specialization

Type Specialization，一般被翻译成类型专门化，它主要是用来解决泛型的类型擦除和自动装箱拆箱的问题。在J***A语言当中，泛型生成字节码文件时会进行泛型类型擦除，类型擦除后利用上界类型（一般是Object）来替代，但这么做的话有问题，这是因为在Java语言中基本类型与对象类型是不能相互引用的，java中的基本类型不能使用泛型。解决方案是利用对应的对象类型来进行替代，例如int对应Integer类型，但这种方式并不能解决根本问题。为方便后面Type Specialization的理解，我们先从java的类型擦除、自装箱与拆箱讲起。

1 类型擦除

假设我们利用Java泛型定义了下面的Person类:

//Java泛型类
public class Person<T> {
    private T firstName;
    private T secondName;
    public Person(T firstName,T secondName){
        this.firstName=firstName;
        this.secondName=secondName;
    }
    public T getFirstName() {
        return firstName;
    }
    public void setFirstName(T firstName) {
        this.firstName = firstName;
    }
    public T getSecondName() {
        return secondName;
    }
    public void setSecondName(T secondName) {
        this.secondName = secondName;
    }

}

经过类型擦除后，最终变为：

public class Person {
    private Object firstName;
    private Object secondName;
    public Person(Object firstName,Object secondName){
        this.firstName=firstName;
        this.secondName=secondName;
    }
    public Object getFirstName() {
        return firstName;
    }
    public void setFirstName(Object firstName) {
        this.firstName = firstName;
    }
    public Object getSecondName() {
        return secondName;
    }
    public void setSecondName(Object secondName) {
        this.secondName = secondName;
    }

}

经过类型擦除后的类称为原始类型，从这点来看，java中的泛型其实是一个伪泛型，它只在编译层次进行实现，在生成字码码这部分泛型信息被擦除。下面的例子证明也证明了这一点：

public static void main(String[] args) {
        Person<String> p1=new Person<String>("张", "三");
        Person<Integer> p2=new Person<Integer>(1, 23);
        //下面的代码返回的是true
        System.out.println(p1.getClass()==p2.getClass());
    }

java中的类型擦除会引起一些问题，具体可以参考http://blog.csdn.net/lonelyroamer/article/details/7868820

2 自动装箱与拆箱

在前面给的示例代码中，我们直接使用

Person<Integer> p2=new Person<Integer>(1, 23);

需要注意的是这里使用的是java的基本类型进行对象的创建，而给定的具体类型是Integer，此时Java会帮我们自动进行转换，这个转换操作被称为自动装箱(autoboxing)，上面的代码相当于：

Person<Integer> p2=new Person<Integer>(Integer.valueOf(1), Integer.valueOf(23));

。

下面的代码演示了拆箱（unboxing）

//Integer firstName =Integer.valueOf(23) 
Integer firstName = 23; //自动装箱
//拆箱，实际执行 int name  = firstName .intValue();
int name = firstName ;

自动装箱与拆箱需要损耗一定的性能，当性能要求较高时需要程序员手动云进行转换。Scala中的Type Specialization解决了这些问题。它的语法很简单，通过注解进行类型专门化声明，如：

//在泛型参数前面加@specialized进行Type Specialization
abstract class List[@specialized T]{
  def apply(x:T)
  def map[S](f:T=>S)
}

上述代码编译后会生成下列字代码文件，如下图



从图中可以看到，共生成了九个版本的List，其中这九个文件分别对应scala中的九种基本类型即Unit, Boolean, Byte, Short, Char, Int, Long, Float, Double。感兴趣的可以利用javap命令进行查看，这里给出其Byte类型的实现：

D:\ScalaWorkspace\ScalaChapter24\bin\cn\scala\xtwy\advancedtype>javap -private L
ist$mcB$sp.class
Compiled from "TypeSpecilization.scala"
public abstract class cn.scala.xtwy.advancedtype.List$mcB$sp extends cn.scala.xt
wy.advancedtype.List<java.lang.Object> {
  public abstract void apply(byte);
  public abstract <S extends java/lang/Object> void map(scala.Function1<java.lan
g.Object, S>);
  public cn.scala.xtwy.advancedtype.List$mcB$sp();
}

@specialized 还可以更细致，限定某个或几个基本类型，例如：

abstract class List[@specialized T]{
  //指定生成Int类型的版本
  def apply[@specialized (Int) S](x:S):S
  ////指定生成Boolean及Double类型的版本
  def map[@specialized (Boolean,Double) S](f:T=>S)
}

在上一讲中我们看到了Function1及Function2的类定义中也使用@specialize进行注解，如：

@annotation.implicitNotFound(msg = "No implicit view available from ${T1} => ${R}.")
trait Function1[@specialized(scala.Int, scala.Long,
 scala.Float, scala.Double/*, scala.AnyRef*/) -T1,
 scala.Float, scala.Long, scala.Double/*,
 scala.AnyRef*/) +R] extends AnyRef

可以看到，Function1类也进行了类型专门化。

2. Manifest、TypeTag、ClassTag

本节内容大多来源于自官方文档http://docs.scala-lang.org/overviews/reflection/typetags-manifests.html，大家在学习的时候，可看打开API文档，对本节内容进行理解。

由于类型擦除的影响，编译期存在的类型信息在编译后不存在了，在程序运行时不能获取该信息，但某些场景下可能需要得到编译期的类型信息，scala能够做到这一点，它通过Manifest和TypeTag来保存类型信息并在运行时使用该信息。那Manifest与TypeTag有什么区别呢？Manifest在scala.reflect包中，它在scala.reflect包中，而TypeTag 在scala.reflect.runtime.universe包中定义；TypeTag可以用来替代Manifest，功能更强大一点，Manifest不能识别路径依赖类型，例如对于class Outter{ class Inner}，假设分别创建了两个不同的外部类，outter.Inner, outter2.Inner， Manifest就会识别为同一类型，而TypeTag不会，另外TypeTag可以使用typeOf[T] 来检查类型参数。

下面的代码给出了Manifest的用法：

object ManifestType extends App {
  def print1[T](x: List[T])(implicit m: Manifest[T]) = {
    if (m <:< manifest[String])
      println("字符串类型的List")
    else
      println("非字符串类型的List")
  }
  print1(List("one", "two")) 
  print1(List(1, 2)) 
  print1(List("one", 2))
}

隐式参数m由编译器根据上下文自动传入，例如print1(List(“one”, “two”)) ，编译器会根据”one”,”two” 实际类型推断出 T 的类型是 String，再隐式地传入了Manifest[String]类型的对象参数，使得运行时可以根据这个参数做更多的事情。

下面的代码演示了如何使用TypeTag

import scala.reflect.runtime.universe._
  def getTypeTag[T: TypeTag](a: T) = typeTag[T]
  //下列语句返回TypeTag[List[Int]]
  println(getTypeTag(List(1, 2, 3)))

从上面的代码可以看到，typeTag返回的是具体的类型，而不是类型擦除之后的类型any，即TypeTag保存所有具体的类型。在运行时可以通过模式匹配来精确地对类型进行判断：

import scala.reflect.runtime.universe._
  def patternMatch[A : TypeTag](xs: List[A]) = typeOf[A] match { 
    //利用类型约束进行精确匹配
    case t if t =:= typeOf[String] => "list of strings"  
    case t if t <:< typeOf[Int] => "list of ints"
   }
  println(patterMatch(List(1,2)))

上边的typeOf[A]在传入参数为List(“String”)时，得到结果是java.lang.String。typeOf[A]接受一个类型为TypeTag[a]的隐式参数，编译器生成的TypeTag隐式参数会被传给typeOf[A] 。 有4种TypeTag:

1 scala.reflect.api.TypeTags#TypeTag. A full type descriptor of a Scala type. For example, a TypeTag[List[String]] contains all type information, in this case, of typescala.List[String].

2 scala.reflect.ClassTag. A partial type descriptor of a Scala type. For example, a ClassTag[List[String]] contains only the erased class type information, in this case, of type

3 scala.collection.immutable.List.ClassTags provide access only to the runtime class of a type. Analogous to scala.reflect.ClassManifest.

4 scala.reflect.api.TypeTags#WeakTypeTag. A type descriptor for abstract types (see corresponding subsection below).

这给出最常用的ClassTag的用法：ClassTag[T]保存了被泛型擦除后的原始类型T,提供给运行时程序使用。

scala> import scala.reflect.runtime.universe._
import scala.reflect.runtime.universe._

scala> val tt = typeTag[Int]
tt: reflect.runtime.universe.TypeTag[Int] = TypeTag[Int]

scala>

scala> import scala.reflect._
import scala.reflect._

//得到具体类型
scala> val ct = classTag[String]
ct: scala.reflect.ClassTag[String] = java.lang.String

3. Scala类型系统总结

到此，Scala的类型系统基本介绍完毕，下表给出了Scala中常见的类型

[thead]
[/thead]

类型	语法类型
类	class Person
特质	trait Closable
元组类型	(T1,T2,T3,…)
函数类型	(T1,T2,t3,…)=>T
参数类型（泛型）	class Person[T1,T2,…]
单例类型	this.type
类型投影	Outter#Inner
复合类型	A with B with C…
结构体类型	{def f():Unit ….}
中置类型	T1 A T2
存在类型	T forSome {}

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