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话说模式匹配(8) 一个抽取器的例子

一个抽取器的例子

目前List的序列模式(sequence pattern)可以支持对前边若干元素的匹配,比如:List(1,2,3,_*),如果想要实现 List(_*, lastEle) 这样的形式,就需要通过自定义一个抽取器来实现了

// 自定义Extractor
object Append {
    // 接受List结构
    def unapply[A] (l: List[A]) = {
        // 返回Tuple2:前边的若干元素和最后一个元素
        Some( (l.init, l.last) )
    }
}

抽取器里的unapply方法,入参对应你想要进行匹配的对象,出参则是解构后的元素。
比如 list match { case Append(x,y) => } 里面的list对应unapply的入参,x,y对应unapply方法的出参。

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话说模式匹配(7) 一个构造器模式的例子(by case class)

第一篇讲述构造器模式匹配的时候给出过tree的例子,因为tree的数据结构很适合用构造器模式来解构。这次再看另一个例子。

scala里的List是个典型的很适用模式匹配的结构,它的接口和数据定义非常凝练。现在我们假设需要一个与List结构正好相反的结构MyList。

List由2部分组成,[head, tail],其中的head是元素本身,而tail则是List类型,也就是一种递归结构。
MyList也由2部分组成 [init, last],其中last是元素本身,而init则是MyList类型。(与List正好颠倒)

// 定义抽象类
abstract class MyList[+A]

// 具体子类,数据由两部分组成:init,last
case class Cons[B] (init:MyList[B], last:B) extends MyList[B]

// 元素为空的MyList单例对象,类似 Nil
case object Empty extends MyList[Nothing]

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话说模式匹配(6) case类的细节

我们在第二篇文章里曾提到过:

本质上case class是个语法糖,对你的类构造参数增加了getter访问,还有toString, hashCode, equals 等方法; 最重要的是帮你实现了一个伴生对象,这个伴生对象里定义了apply方法和unapply方法。

现在我们来详细的分析一下case class,对一个简单的样本类

case class B()

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话说模式匹配(5) for表达式中的模式匹配

在for表达式中

for(x <- collection) { balabala } 

直觉上以为 x 就是个用于迭代每一个元素的局部变量。

我们看一些例子:

scala> for(i <- List(1,2,3) ) {println(i)}

// 看看语法树  
scala> tb.parse("for(i <- List(1,2,3) ) {println(i)}")
res2: tb.u.Tree = List(1, 2, 3).foreach(((i) => println(i)))

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话说模式匹配(4) scala里的赋值语句都是模式匹配吗?

先抛个问题,下面的语句是否都合理(编译通过),哪些会引起模式匹配?

scala> val a = 100 
scala> val A = 100 
scala> val a@b = 100
scala> val (a,b) = (100,200)
scala> val (a,B) = (100,200)    //第二个变量大写
scala> val Array(a,b) = Array(100,200)
scala> val Array(a,B) = Array(100,200) 

scala> object Test { val 2 = 2 } 
scala> object Test { val 2 = 3 } 

我们先看看其他语言(对scala有影响的)有关赋值语句的定义:

1) 在 ML 语言里,对赋值语句的定义:
val P = E

表示定义了模式P中的变量,并赋予它们表达式E中相应的值。

2) 在Erlang中等号 = 表示一个模式匹配操作

在这两种语言中,赋值语句都明确的定义为模式匹配,那么scala中,所有的赋值语句是否都是模式匹配呢?
尤其scala可以说在函数式风格上与ML(及其家族)语言有某种血缘,在这一点上是否也与ML完全一致呢?

先分析一下上面的每条赋值语句:val a = 100val A = 100是直观且没有歧义的。

val a@b = 100 是什么意思?回忆一下第一篇里讲过的“变量绑定模式”,当时的例子有点复杂,重新理解一下:

//给"hello"字符串对象用v1这个变量名
scala> "hello" match { case v1 => println(v1) }

//变量绑定模式,把变量v2 绑定在v1这个模式上
scala> "hello" match { case v2@v1 => println(v2) }

上面的例子中,第一行中v1是个变量模式。 第二行中v2是一个新的变量,只有在v1这个模式匹配成功的情况下,才会把自己绑定到v1上,而v1因为是一个变量模式,它总能匹配成功,所以这里v2也会绑定到”hello”对象上。变量绑定模式通常不会这么使用,更多用在绑定到一个复合结构的模式上,如:

scala> List(1,List(2,3)) match { case List(_, x@List(2,_*)) => println(x.size) }
2

把变量x绑定到了嵌套的 List(2,3) 这个对象上

但赋值语句val a@b = 100 跟上面的有关系么?我们通过ToolBox看看它”脱糖”后的语法树:

scala> tb.parse("val a@b=100")
res13: tb.u.Tree =
{
    <synthetic> private[this] val x$3 = 100: @scala.unchecked match {
        case (a @ (b @ _)) => scala.Tuple2(a, b) //这一句
    };
    val a = x$3._1;
    val b = x$3._2
}

有注释的那一句里面把a,b两个局部变量绑定到通配符”_”上,而这个通配符模式case _ => 可以匹配任何对象,所以相当于把a,b两个变量绑定到了100这个对象上,并产生了一个二元组记录这两个局部变量值。最终把二元组里的值分别赋给了我们定义的a,b两个变量。

接下来的val (a,b) = (100,200) 这个赋值也容易理解,把二元组里的值分别赋给a,b两个变量么,也是经过模式匹配的么?继续用ToolBox分析:

scala> tb.parse("val (a,b)=(100,200)")
res14: tb.u.Tree =
{
    <synthetic> private[this] val x$4 = scala.Tuple2(100, 200): @scala.unchecked match {
        case scala.Tuple2((a @ _), (b @ _)) => scala.Tuple2(a, b)
    };
    val a = x$4._1;
    val b = x$4._2
}

看到了,是一个构造器模式与变量绑定模式的混合模式匹配。

再下一个val (a,B) = (100,200) 这个与上一个有区别么?回顾一下第一篇里讲到的“常量模式”:当变量大写时将被对待为常量模式,也就是说 大写B 和上面的 小写b 是两种不同的模式!!

scala> tb.parse("val (a,B)=(100,200)")
res15: tb.u.Tree =
val a = scala.Tuple2(100, 200): @scala.unchecked match {
    case scala.Tuple2((a @ _), B) => a
} 

大写B在这里当作常量来解析,但又找不到B这个变量(除非之前有定义过),就报错了:

scala> val (a,B) = (100,200)
<console>:8: error: not found: value B
   val (a,B) = (100,200)
          ^

后边两个Array的赋值语句与这两个类似,小括号写法只是元组(Tuple)的语法糖而已。

最后,真正有趣,且会让新手崩溃的情况 object Test { val 2 = 2 } 为什么这个编译和初始化都没问题?

scala> object Test { val 2 = 2 }
defined module Test

scala> Test
res16: Test.type = Test$@3042dc22

简直逆天,难道这个背后也与模式匹配有关系么?

scala> tb.parse(" object Test { val 2 = 2 }")
res0: tb.u.Tree =
object Test extends scala.AnyRef {
    def <init>() = {
        super.<init>();
        ()
    };
    <synthetic> private[this] val x$1 = 2: @scala.unchecked match {
        case 2 => ()
    }
}

确实又是一个常量模式匹配,2匹配2,成功。

同理,下一个 object Test { val 2 = 3 } 也是个常量模式匹配,但为何明显不匹配,却可以编译时成功,而运行时时才报错呢?

scala> object Test { val 2 = 3 }
defined module Test

scala> Test
scala.MatchError: 3 (of class java.lang.Integer)
    at Test$.<init>(<console>:8)

这是因为object 是惰性初始化的原因(lazy),如下:

// 对下面的单例
object Test { val a = 2 }

$ scalac -Xprint:jvm A.scala
package <empty> {
  object Test extends Object {
    private[this] val a: Int = _;
    <stable> <accessor> def a(): Int = Test.this.a;
    def <init>(): Test.type = {
        Test.super.<init>();
        Test.this.a = 2;  //在初始化时才对成员赋值
        ()
    }
  }
}

在对多个变量赋值,或变量中有@符合,导致模式匹配还好理解,但”2=2″也引起模式匹配就会让我产生疑问:
是否所有的赋值语句都是模式匹配?

为了验证,通过编译选项查看val a=2 这样对单个变量的赋值却没有看到模式匹配。
另外,如果单个变量也是模式匹配,为何大写字母val A=2没问题?假设对单个变量赋值也是模式匹配,那岂不无法定义大写的变量了;肯定是有区别的,但又怎么区分的?

我最初遇到这个困惑,在邮件列表里问了这个问题,得到了一些回复,并且有人给了一个老帖子链接说早就讨论过val 1=2这个话题了:http://thread.gmane.org/gmane.comp.lang.scala.user/44036

在那个帖子里,martin也回复了为何 val 1=2是模式匹配,并且为何不把这种情况作为错误给修复掉:

A value definition is of the form

val <pattern> = <expression> // 这个同ML和Erlang语言
1 is a <pattern>

There is one edge case:
If the pattern is a single variable (upper or lower case or backquoted), then it is always treated as a variable, not a constant. Otherwise, there would be no way to define such a value.

只有一种边缘情况:如果模式是一个单独的变量(大写、小写、或用反引号引起来的),那么它总被当作变量,而非常量。否则就没法定义这样的一个值。

所以1=2, "a"="b" 这样的赋值语句虽然是一个变量,但变量名称不符合上面的约束,产生了模式匹配。至于为何不修复这个问题(直接在编译时报错),也可以从这个帖子的线索中找到原因。

话说模式匹配(3) 模式匹配的核心功能是解构

http://www.artima.com/scalazine/articles/pattern_matching.html
这篇文章是odersky谈scala中的模式匹配的一段对话,我做了部分片段翻译(不是连贯的):

模式可以嵌套,就像表达式嵌套,你可以定义深层的模式,通常一个模式看起来就像一个表达式。它基本上就是同一类事情。
它看起来像一个复杂的对象树构造表达式,只是漏掉了new关键字。事实上在scala当你构造一个对象,你不需要new关键字
然后你可以在一些地方用变量做站位符替代对象树上实际的东西。

本质上,当你需要通过外部来构造对象图,模式匹配是必要的,因为你不能对这些对象添加方法
有很多场景的例子,XML是一个,所有解析过的数据落入不同的分类。
举例,一个标准的场合是当你用编译器解析抽象语法树的时候模式匹配是必要的。 Read more

话说模式匹配(2) scala里是怎么实现的?

在这篇martin和另外两位模式匹配领域专家的论文里说了模式匹配的几种实现方式,以及scala是选择哪种方式来实现的。
http://lampwww.epfl.ch/~emir/written/MatchingObjectsWithPatterns-TR.pdf
我引用了里面的一些描述。

在面向对象的程序中数据被组织为一级一级的类(class)
面向对象语言在模式匹配方面的问题在于如何从外部探测这个层级。

有6种实现模式匹配的方法:
1) 面向对象的分解 (decomposition)
2) 访问器模式 (visitor)
3) 类型测试/类型造型 (type-test/type-cast)
4) typecase
5) 样本类 (case class)
6) 抽取器 (extractor) Read more

话说模式匹配(1) 什么是模式?

一些刚从java转到scala的同学在开发的过程中犹如深陷沼泽,因为很多的概念或风格不确定,scala里有很多的坑,模式匹配也算一个。我整理了一下自己所理解的概念,以及一些例子。这个系列最好有些scala的基本经验,或者接触过一些其他函数式语言。

要理解模式匹配(pattern-matching),先把这两个单词拆开,先理解什么是模式(pattern),这里所的模式并不是设计模式里的模式。
而是数据结构上的,这个模式用于描述一个结构的组成。

我们很容易联想到“正则表达”里的模式,不错,这个pattern和正则里的pattern相似,不过适用范围更广,可以针对各种类型的数据结构,不像正则表达只是针对字符串。

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