Scala 样本类（case class）和模式匹配（match）学习

样本类(case clas)和模式匹配(pattern matching)，在编写规范的、无封装数据结构时会用到的构件。对于树型递归数据尤其有用。

一、简单例子：　　

abstract class Expr
case class Var(name:String) extends Expr
case class Number(num:Double) extends Expr
case class UnOp(operator : String , arg : Expr) extends Expr
case class BinOp(operator : String , left : Expr , right : Expr) extends Expr

样本类：添加了case的类便是样本类。这种修饰符可以让Scala编译器自动为这个类添加一些语法上的便捷设定。如下：

添加与类名一致的工厂方法。也就是说，可以写成Var("x")来构造Var对象。
样本类参数列表中的所有参数隐式获得了val前缀，因此它被当作字段维护。
编译器为这个类添加了方法toString,hashCode和equals等方法。

模式匹配：

def simplifyTop(expr : Expr) : Expr = expr match{
case UnOp("-" , UnOp("-" , e)) => e
case BinOp("+" , e , Number(0)) => e
case BinOp("*" , e , Number(1)) => e
case _ => expr
}

match对应Java里的switch，但是写在选择器表达式之后。即： 选择器 match {备选项}。

一个模式匹配包含了一系列备选项，每个都开始于关键字case。每个备选项都包含了一个模式及一到多个表达式。箭头符号 => 隔开了模式和表达式。

match表达式通过以代码编写的先后次序尝试每个模式来完成计算。类似于UnOp("-" , UnOp("-" , e))这种形式的，是构造器模式匹配。

match与switch的比较：匹配表达式可以被看作Java风格Switch的泛化。

但有三点不同：

1.match是Scala的表达式，始终以值作为结果；
2.Scala的备选项表达式永远不会“掉到”下一个case；
3.如果没有模式匹配，MatchError异常会被抛出。这意味着必须始终确信所有的情况都考虑到了，或者至少添加一个默认情况什么都不做。如 case _ =>

二、模式的种类

通配模式：case _ => 。表示默认的全匹配备选项。通配模式还可以用来忽略对象中不关心的部分。如：case BinOp(_,_,_) => XXX，则表示不关心二元操作符的元素是什么，只是检查是否为二元操作符

常量模式 ：仅匹配自身。任何字面量都可以用作常量。包括String类型。另外，任何的val或单例对象也可以被用作常量。如，单例对象Nil是只匹配空列表的模式。

变量模式 ：变量模式类似于通配符，可以匹配任何对象。不同点在于，Scala把变量绑定在匹配的对象上。之后就可以使用这个变量操作对象。如：

expr match{
  case 0 => "zero"
  case somethingElse => "not zero" + somethingElse
}

　　　　　　　　　　
有一个注意点：Scala使用了一个简单的文字规则来区分是一个常量还是一个变量：用小写字母开始的简单名被当作是模式变量。

构造器模式：它的存在使得模式匹配真正变得强大。它由名称及若干括号之内的模式构成。如BinOp("+" , e , Number(0))。

序列模式：可以像匹配样本类那样匹配List或Array这样的序列类型。同样的语法现在可以指定模式内任意数量的元素。如：

expr match{
case List(0 , _ , _ ) => println("found it")
case _ => 
}

如果想匹配一个不指定长度的序列，可以指定_*作为模式的最后元素。它能匹配序列中0到任意数量的元素。

元组模式：

def tupleDemo(expr : Any) = 
   expr match {
     case (a , b, c) => println("matched " + a + b + c)
     case _ => 
}

类型模式：可以把它当做类型测试和类型转换的简易替代。例如：

def generalSize(x : Any) = x match{
   case s : String => s.length
   case m : Map[_ , _] => m.size
   case _ => 1
 }

使用：

scala> generalSize(Map(1 -> 'a' , 2 -> 'b'))

res15 : Int = 2

另：在Scala里类型测试和转换的代码很冗长，因为不建议这么做。

模式守卫：模式变量仅允许在模式中出现一次。如：

1 case BinOp("+" , x , x ) => BinOp("*" , x , Number(2))
　　这种写法就会出错。可以改成：  case BinOp("+" , x , y ) if x == y => BinOp("*" , x , Number(2))

模式守卫接在模式之后，开始于if。守卫可以是任意的引用模式中变量的布尔表达式。如果存在模式守卫，那么只有在守卫返回true的时候匹配才成功。