學(xué)習(xí)Scala中的Rational類：分?jǐn)?shù)的模型化
Rational類的式樣書
分?jǐn)?shù)：rational number是一種可以表達(dá)為比率
的數(shù)字，這里的n和d是數(shù)字，其中d不能為零。n被稱作是分子：numerator，d被稱作是分母：denominator。分?jǐn)?shù)的例子有：
，
，
和
。與浮點(diǎn)數(shù)相比較，分?jǐn)?shù)的優(yōu)勢(shì)是小數(shù)部分得到了完全表達(dá)，沒有舍入或估算。
51CTO編輯推薦：Scala編程語(yǔ)言專題
本章我們將要設(shè)計(jì)的類必須模型化分?jǐn)?shù)的行為，包括允許它們執(zhí)行加，減，乘還有除運(yùn)算。要加兩個(gè)分?jǐn)?shù)，首先要獲得公分母，然后才能把兩個(gè)分子相加。例如，要計(jì)算
，先把左操作數(shù)的上下部分都乘上3，右操作數(shù)的兩部分都乘上2，得到了
。把兩個(gè)分子相加產(chǎn)生結(jié)果，
。要乘兩個(gè)分?jǐn)?shù)，可以簡(jiǎn)單的兩個(gè)分子相乘，然后兩個(gè)分母相乘。因此，
得到了
，還可以簡(jiǎn)化表示成它的“通?！毙问?A target=_blank>
。除法是把右操作數(shù)分子分母調(diào)換，然后做乘法。例如
與
相同，結(jié)果是
。
一個(gè)或許不怎么重要的發(fā)現(xiàn)是，在數(shù)學(xué)上，分?jǐn)?shù)不具有可變的狀態(tài)。一個(gè)分?jǐn)?shù)加到另外一個(gè)分?jǐn)?shù)上，產(chǎn)生的結(jié)果是一個(gè)新的分?jǐn)?shù)。而原來(lái)的數(shù)不會(huì)被“改變”。我們將在本章設(shè)計(jì)的不可變的Rational類將秉承這一屬性。每個(gè)分?jǐn)?shù)將都被表示成一個(gè)Rational對(duì)象。當(dāng)兩個(gè)Rational對(duì)象相加時(shí)，一個(gè)新的帶著累加結(jié)果的Rational對(duì)象將被創(chuàng)建出來(lái)。
本章還將捎帶提一些Scala讓你寫出感覺像原生語(yǔ)言支持的庫(kù)的方法。例如，在本章結(jié)尾你將能用Rational類這樣做：
創(chuàng)建Rational類
- scala> val oneHalf = new Rational(1, 2)
- oneHalf: Rational = 1/2
- scala> val twoThirds = new Rational(2, 3)
- twoThirds: Rational = 2/3
- scala> (oneHalf / 7) + (1 twoThirds)
- res0: Rational = 17/42
開始設(shè)計(jì)Rational類的著手點(diǎn)是考慮客戶程序員將如何創(chuàng)建一個(gè)新的Rational對(duì)象。假設(shè)我們已決定讓Rational對(duì)象是不可變的，我們將需要那個(gè)客戶在創(chuàng)建實(shí)例時(shí)提供所有需要的數(shù)據(jù)（本例中，是分子和分母）。因此，我們應(yīng)該這么開始設(shè)計(jì)：
這行代碼里首先應(yīng)當(dāng)注意到的是如果類沒有主體，就不需要指定一對(duì)空的大括號(hào)（當(dāng)然你如果想的話也可以）。在類名，Rational，之后括號(hào)里的n和d，被稱為類參數(shù)：class parameter。Scala編譯器會(huì)收集這兩個(gè)類參數(shù)并創(chuàng)造一個(gè)帶同樣的兩個(gè)參數(shù)的主構(gòu)造器：primary constructor。
- class Rational(n: Int, d: Int)
不可變對(duì)象的權(quán)衡
不可變對(duì)象提供了若干強(qiáng)于可變對(duì)象的優(yōu)點(diǎn)和一個(gè)潛在的缺點(diǎn)。首先，不可變對(duì)象常常比可變對(duì)象更具邏輯性，因?yàn)樗鼈儧]有隨著時(shí)間而變化的復(fù)雜的狀態(tài)空間。其次，你可以很自由地傳遞不可變對(duì)象，而或許需要在把可變對(duì)象傳遞給其它代碼之前，需要先建造個(gè)以防萬(wàn)一的副本。第三，沒有機(jī)會(huì)能讓兩個(gè)同時(shí)訪問不可變對(duì)象的線程破壞它合理構(gòu)造的狀態(tài)，因?yàn)楦緵]有線程可以改變不可變對(duì)象的狀態(tài)。第四，不可變對(duì)象讓哈希表鍵值更安全。比方說(shuō)，如果可變對(duì)象在被放進(jìn)了HashSet之后被改變，那么你下一次查找這個(gè)HashSet就找不到這個(gè)對(duì)象了。
不可變對(duì)象唯一的缺點(diǎn)就是它們有時(shí)需要復(fù)制很大的對(duì)象圖而可變對(duì)象的更新可以在原地發(fā)生。有些情況下這會(huì)變得難以快速完成而可能產(chǎn)生性能瓶頸。結(jié)果，要求庫(kù)提供可變替代以使其更容易在大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的中間改變一些元素也并非是一件稀奇的事情。例如，類StringBuilder是不可變的String的可變替代。
注意
這個(gè)最初的Rational例子凸顯了Java和Scala之間的不同。Java類具有可以帶參數(shù)的構(gòu)造器，而Scala類可以直接帶參數(shù)。Scala的寫法更簡(jiǎn)潔——類參數(shù)可以直接在類的主體中使用；沒必要定義字段然后寫賦值函數(shù)把構(gòu)造器的參數(shù)復(fù)制到字段里。這可以潛在地節(jié)省很多固定寫法，尤其是對(duì)小類來(lái)說(shuō)。
Scala編譯器將把你放在類內(nèi)部的任何不是字段的部分或者方法定義的代碼，編譯進(jìn)主構(gòu)造器。例如，你可以像這樣打印輸出一條除錯(cuò)消息：
根據(jù)這個(gè)代碼，Scala編譯器將把println調(diào)用放在Rational的主構(gòu)造器。因此，println調(diào)用將在每次創(chuàng)建一個(gè)新的Rational實(shí)例時(shí)打印這條除錯(cuò)信息：
- class Rational(n: Int, d: Int) {
- println("Created "+n+"/"+d)
- }
- scala> new Rational(1, 2)
- Created 1/2
- res0: Rational = Rational@a0b0f5
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