# 类型参数
## 一、泛型
Scala 支持类型参数化，使得我们能够编写泛型程序。
### 1.1 泛型类
Java 中使用 `<>` 符号来包含定义的类型参数，Scala 则使用 `[]`。
```scala
class Pair[T, S](val first: T, val second: S) {
override def toString: String = first + ":" + second
}
```
```scala
object ScalaApp extends App {
// 使用时候你直接指定参数类型，也可以不指定，由程序自动推断
val pair01 = new Pair("heibai01", 22)
val pair02 = new Pair[String,Int]("heibai02", 33)
println(pair01)
println(pair02)
}
```
### 1.2 泛型方法
函数和方法也支持类型参数。
```scala
object Utils {
def getHalf[T](a: Array[T]): Int = a.length / 2
}
```
## 二、类型限定
### 2.1 类型上界限定
Scala 和 Java 一样，对于对象之间进行大小比较，要求被比较的对象实现 `java.lang.Comparable` 接口。所以如果想对泛型进行比较，需要限定类型上界为 `java.lang.Comparable`，语法为 ` S <: T`，代表类型 S 是类型 T 的子类或其本身。示例如下：
```scala
// 使用 <: 符号，限定 T 必须是 Comparable[T]的子类型
class Pair[T <: Comparable[T]](val first: T, val second: T) {
// 返回较小的值
def smaller: T = if (first.compareTo(second) < 0) first else second
}
```
```scala
// 测试代码
val pair = new Pair("abc", "abcd")
println(pair.smaller) // 输出 abc
```
>扩展：如果你想要在 Java 中实现类型变量限定，需要使用关键字 extends 来实现，等价的 Java 代码如下：
>
>```java
>public class Pair> {
> private T first;
> private T second;
> Pair(T first, T second) {
> this.first = first;
> this.second = second;
> }
> public T smaller() {
> return first.compareTo(second) < 0 ? first : second;
> }
>}
>```
### 2.2 视图界定
在上面的例子中，如果你使用 Int 类型或者 Double 等类型进行测试，点击运行后，你会发现程序根本无法通过编译：
```scala
val pair1 = new Pair(10, 12)
val pair2 = new Pair(10.0, 12.0)
```
之所以出现这样的问题，是因为 Scala 中的 Int 类并没有实现 Comparable 接口。在 Scala 中直接继承 Comparable 接口的是特质 Ordered，它在继承 compareTo 方法的基础上，额外定义了关系符方法，源码如下:
```scala
// 除了 compareTo 方法外，还提供了额外的关系符方法
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)
}
```
之所以在日常的编程中之所以你能够执行 `3>2` 这样的判断操作，是因为程序执行了定义在 `Predef` 中的隐式转换方法 `intWrapper(x: Int) `，将 Int 类型转换为 RichInt 类型，而 RichInt 间接混入了 Ordered 特质，所以能够进行比较。
```scala
// Predef.scala
@inline implicit def intWrapper(x: Int) = new runtime.RichInt(x)
```
要想解决传入数值无法进行比较的问题，可以使用视图界定。语法为 `T <% U`，代表 T 能够通过隐式转换转为 U，即允许 Int 型参数在无法进行比较的时候转换为 RichInt 类型。示例如下：
```scala
// 视图界定符号 <%
class Pair[T <% Comparable[T]](val first: T, val second: T) {
// 返回较小的值
def smaller: T = if (first.compareTo(second) < 0) first else second
}
```
> 注：由于直接继承 Java 中 Comparable 接口的是特质 Ordered，所以如下的视图界定和上面是等效的：
>
> ```scala
> // 隐式转换为 Ordered[T]
> class Pair[T <% Ordered[T]](val first: T, val second: T) {
> def smaller: T = if (first.compareTo(second) < 0) first else second
> }
> ```
### 2.3 类型约束
如果你用的 Scala 是 2.11+，会发现视图界定已被标识为废弃。官方推荐使用类型约束 (type constraint) 来实现同样的功能，其本质是使用隐式参数进行隐式转换，示例如下：
```scala
// 1.使用隐式参数隐式转换为 Comparable[T]
class Pair[T](val first: T, val second: T)(implicit ev: T => Comparable[T])
def smaller: T = if (first.compareTo(second) < 0) first else second
}
// 2.由于直接继承 Java 中 Comparable 接口的是特质 Ordered，所以也可以隐式转换为 Ordered[T]
class Pair[T](val first: T, val second: T)(implicit ev: T => Ordered[T]) {
def smaller: T = if (first.compareTo(second) < 0) first else second
}
```
当然，隐式参数转换也可以运用在具体的方法上：
```scala
object PairUtils{
def smaller[T](a: T, b: T)(implicit order: T => Ordered[T]) = if (a < b) a else b
}
```
### 2.4 上下文界定
上下文界定的形式为 `T:M`，其中 M 是一个泛型，它要求必须存在一个类型为 M[T]的隐式值，当你声明一个带隐式参数的方法时，需要定义一个隐式默认值。所以上面的程序也可以使用上下文界定进行改写：
```scala
class Pair[T](val first: T, val second: T) {
// 请注意 这个地方用的是 Ordering[T]，而上面视图界定和类型约束，用的是 Ordered[T]，两者的区别会在后文给出解释
def smaller(implicit ord: Ordering[T]): T = if (ord.compare(first, second) < 0) first else second
}
// 测试
val pair= new Pair(88, 66)
println(pair.smaller) //输出：66
```
在上面的示例中，我们无需手动添加隐式默认值就可以完成转换，这是因为 Scala 自动引入了 Ordering[Int]这个隐式值。为了更好的说明上下文界定，下面给出一个自定义类型的比较示例：
```scala
// 1.定义一个人员类
class Person(val name: String, val age: Int) {
override def toString: String = name + ":" + age
}
// 2.继承 Ordering[T],实现自定义比较器,按照自己的规则重写比较方法
class PersonOrdering extends Ordering[Person] {
override def compare(x: Person, y: Person): Int = if (x.age > y.age) 1 else -1
}
class Pair[T](val first: T, val second: T) {
def smaller(implicit ord: Ordering[T]): T = if (ord.compare(first, second) < 0) first else second
}
object ScalaApp extends App {
val pair = new Pair(new Person("hei", 88), new Person("bai", 66))
// 3.定义隐式默认值,如果不定义,则下一行代码无法通过编译
implicit val ImpPersonOrdering = new PersonOrdering
println(pair.smaller) //输出： bai:66
}
```
### 2.5 ClassTag上下文界定
这里先看一个例子：下面这段代码，没有任何语法错误，但是在运行时会抛出异常：`Error: cannot find class tag for element type T`, 这是由于 Scala 和 Java 一样，都存在类型擦除，即**泛型信息只存在于代码编译阶段，在进入 JVM 之前，与泛型相关的信息会被擦除掉**。对于下面的代码，在运行阶段创建 Array 时，你必须明确指明其类型，但是此时泛型信息已经被擦除，导致出现找不到类型的异常。
```scala
object ScalaApp extends App {
def makePair[T](first: T, second: T) = {
// 创建以一个数组 并赋值
val r = new Array[T](2); r(0) = first; r(1) = second; r
}
}
```
Scala 针对这个问题，提供了 ClassTag 上下文界定，即把泛型的信息存储在 ClassTag 中，这样在运行阶段需要时，只需要从 ClassTag 中进行获取即可。其语法为 `T : ClassTag`，示例如下：
```scala
import scala.reflect._
object ScalaApp extends App {
def makePair[T : ClassTag](first: T, second: T) = {
val r = new Array[T](2); r(0) = first; r(1) = second; r
}
}
```
### 2.6 类型下界限定
2.1 小节介绍了类型上界的限定，Scala 同时也支持下界的限定，语法为：`U >: T`，即 U 必须是类型 T 的超类或本身。
```scala
// 首席执行官
class CEO
// 部门经理
class Manager extends CEO
// 本公司普通员工
class Employee extends Manager
// 其他公司人员
class OtherCompany
object ScalaApp extends App {
// 限定：只有本公司部门经理以上人员才能获取权限
def Check[T >: Manager](t: T): T = {
println("获得审核权限")
t
}
// 错误写法: 省略泛型参数后,以下所有人都能获得权限,显然这是不正确的
Check(new CEO)
Check(new Manager)
Check(new Employee)
Check(new OtherCompany)
// 正确写法,传入泛型参数
Check[CEO](new CEO)
Check[Manager](new Manager)
/*
* 以下两条语句无法通过编译,异常信息为:
* do not conform to method Check's type parameter bounds(不符合方法 Check 的类型参数边界)
* 这种情况就完成了下界限制，即只有本公司经理及以上的人员才能获得审核权限
*/
Check[Employee](new Employee)
Check[OtherCompany](new OtherCompany)
}
```
### 2.7 多重界定
+ 类型变量可以同时有上界和下界。 写法为 ：`T > : Lower <: Upper`；
+ 不能同时有多个上界或多个下界 。但可以要求一个类型实现多个特质，写法为 :
`T < : Comparable[T] with Serializable with Cloneable`；
+ 你可以有多个上下文界定，写法为 `T : Ordering : ClassTag` 。
## 三、Ordering & Ordered
上文中使用到 Ordering 和 Ordered 特质，它们最主要的区别在于分别继承自不同的 Java 接口：Comparable 和 Comparator：
+ **Comparable**：可以理解为内置的比较器，实现此接口的对象可以与自身进行比较；
+ **Comparator**：可以理解为外置的比较器；当对象自身并没有定义比较规则的时候，可以传入外部比较器进行比较。
为什么 Java 中要同时给出这两个比较接口，这是因为你要比较的对象不一定实现了 Comparable 接口，而你又想对其进行比较，这时候当然你可以修改代码实现 Comparable，但是如果这个类你无法修改 (如源码中的类)，这时候就可以使用外置的比较器。同样的问题在 Scala 中当然也会出现，所以 Scala 分别使用了 Ordering 和 Ordered 来继承它们。
下面分别给出 Java 中 Comparable 和 Comparator 接口的使用示例：
### 3.1 Comparable
```java
import java.util.Arrays;
// 实现 Comparable 接口
public class Person implements Comparable {
private String name;
private int age;
Person(String name,int age) {this.name=name;this.age=age;}
@Override
public String toString() { return name+":"+age; }
// 核心的方法是重写比较规则，按照年龄进行排序
@Override
public int compareTo(Person person) {
return this.age - person.age;
}
public static void main(String[] args) {
Person[] peoples= {new Person("hei", 66), new Person("bai", 55), new Person("ying", 77)};
Arrays.sort(peoples);
Arrays.stream(peoples).forEach(System.out::println);
}
}
输出：
bai:55
hei:66
ying:77
```
### 3.2 Comparator
```java
import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
public class Person {
private String name;
private int age;
Person(String name,int age) {this.name=name;this.age=age;}
@Override
public String toString() { return name+":"+age; }
public static void main(String[] args) {
Person[] peoples= {new Person("hei", 66), new Person("bai", 55), new Person("ying", 77)};
// 这里为了直观直接使用匿名内部类,实现 Comparator 接口
//如果是 Java8 你也可以写成 Arrays.sort(peoples, Comparator.comparingInt(o -> o.age));
Arrays.sort(peoples, new Comparator() {
@Override
public int compare(Person o1, Person o2) {
return o1.age-o2.age;
}
});
Arrays.stream(peoples).forEach(System.out::println);
}
}
```
使用外置比较器还有一个好处，就是你可以随时定义其排序规则：
```scala
// 按照年龄大小排序
Arrays.sort(peoples, Comparator.comparingInt(o -> o.age));
Arrays.stream(peoples).forEach(System.out::println);
// 按照名字长度倒序排列
Arrays.sort(peoples, Comparator.comparingInt(o -> -o.name.length()));
Arrays.stream(peoples).forEach(System.out::println);
```
### 3.3 上下文界定的优点
这里再次给出上下文界定中的示例代码作为回顾：
```scala
// 1.定义一个人员类
class Person(val name: String, val age: Int) {
override def toString: String = name + ":" + age
}
// 2.继承 Ordering[T],实现自定义比较器,这个比较器就是一个外置比较器
class PersonOrdering extends Ordering[Person] {
override def compare(x: Person, y: Person): Int = if (x.age > y.age) 1 else -1
}
class Pair[T](val first: T, val second: T) {
def smaller(implicit ord: Ordering[T]): T = if (ord.compare(first, second) < 0) first else second
}
object ScalaApp extends App {
val pair = new Pair(new Person("hei", 88), new Person("bai", 66))
// 3.在当前上下文定义隐式默认值,这就相当于传入了外置比较器
implicit val ImpPersonOrdering = new PersonOrdering
println(pair.smaller) //输出： bai:66
}
```
使用上下文界定和 Ordering 带来的好处是：传入 `Pair` 中的参数不一定需要可比较，只要在比较时传入外置比较器即可。
需要注意的是由于隐式默认值二义性的限制，你不能像上面 Java 代码一样，在同一个上下文作用域中传入两个外置比较器，即下面的代码是无法通过编译的。但是你可以在不同的上下文作用域中引入不同的隐式默认值，即使用不同的外置比较器。
```scala
implicit val ImpPersonOrdering = new PersonOrdering
println(pair.smaller)
implicit val ImpPersonOrdering2 = new PersonOrdering
println(pair.smaller)
```
## 四、通配符
在实际编码中，通常需要把泛型限定在某个范围内，比如限定为某个类及其子类。因此 Scala 和 Java 一样引入了通配符这个概念，用于限定泛型的范围。不同的是 Java 使用 `?` 表示通配符，Scala 使用 `_` 表示通配符。
```scala
class Ceo(val name: String) {
override def toString: String = name
}
class Manager(name: String) extends Ceo(name)
class Employee(name: String) extends Manager(name)
class Pair[T](val first: T, val second: T) {
override def toString: String = "first:" + first + ", second: " + second
}
object ScalaApp extends App {
// 限定部门经理及以下的人才可以组队
def makePair(p: Pair[_ <: Manager]): Unit = {println(p)}
makePair(new Pair(new Employee("heibai"), new Manager("ying")))
}
```
目前 Scala 中的通配符在某些复杂情况下还不完善，如下面的语句在 Scala 2.12 中并不能通过编译：
```scala
def min[T <: Comparable[_ >: T]](p: Pair[T]) ={}
```
可以使用以下语法代替：
```scala
type SuperComparable[T] = Comparable[_ >: T]
def min[T <: SuperComparable[T]](p: Pair[T]) = {}
```
## 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