Ruby高手点评Scala编程语言十大绝招

原文地址：http://developer.51cto.com/art/200907/138074.htm

几个月前，我开始使用 Scala。我用过的编程语言还有 Pascal、C、C++、Java、PHP、Ruby 和 Groovy，但是，与所有那些我用过的语言相比，我发觉 Scala 是一门与众不同的语言。我是在看到 Twitter 上关于 Ruby 和 Scala 讨论之后，才开始我的 Scala 编程之旅的。现在，使用 Scala 编程已经几个月了，关于 Scala 我有两点想法，虽然类似的想法已广为人知，但我仍很想与你们分享：

51CTO编辑推荐：Scala编程语言专题

◆Scala 的确很棒。

◆我的确认为计算机学院应该开一门 Scala 的语言课程。

在这篇文章中，我会讲述为什么我会有这样的想法，在此之前，有几点我想要先声明一下：

本文无意对编程语言进行评比，我要讲述的主体是为什么你应该学习 Scala。51CTO之前曾发布过一篇 Java 程序员为何要学习Scala的文章，可能也会对你有所帮助。

目前 Scala 有两个实现方式，一种是在 JVM（Java 虚拟机）上运行，另一种是在 CLR（Common Language Runtime 的缩写，即公共语言运行库）上运行。不过，JVM 的实现方式更为成熟。如果你想要使用 .Net framework 框架，我认为最好还是听从 Lift framework 框架创始人大卫·波拉克（David Pollack）的建议：使用 F#。但在这篇文章中，我将只关注 JVM 这种实现方式。

我是一个 Ruby 程序员，并且我会继续喜欢 Ruby，因为它是我见到过的最棒的动态语言。但我也喜欢 Scala，因为在其他工作领域，它提供的某些功能非常强大。

现在，让我们来仔细分析一下，是哪些原因让我选择 Scala 作为我的下一个编程语言：

强大的编程语言

Scala 是一门非常强大的语言，它允许用户使用命令和函数范式进行编写代码，因此，编程时你可以使用常用的命令式语句，就像我们使用 C、Java、PHP 以及很多其他语言一样，而且，你也可以使用类似 Lisp 语言中函数式语句，还有，你可以混合使用这两种风格的语句，就像 Ruby 或 Groovy。

不过，当我们谈论的函数范式时，与 Ruby 和 Groovy 有一点不同的地方，那就是 Scala 几乎支持函数语言中所有已知的功能，比如，模式匹配（Pattern matching）、延迟初始化（Lazy initialization）、偏函数（Partial Function）、不变性（Immutability），等等...即是说，认识到这样一个事实是非常重要的：Scala 的强大源自它对函数范式的支持，而后者令 Scala 成为一种高等级（high-level）的编程语言。对于高等级的编程语言，你只需关注 what（做什么）而不是如何做（how）。

下面，让我们看一个 Java 示例：

   int[] x = {1,2,3,4,5,6};   
    ArrayList res = new ArrayList();   
    for (int v : x) {   
      if (v % 2 == 1) res.add(new Integer(v));   
    } 

仔细看一下上面这段示例代码，你会注意到，我想要做的“what”部分（过滤掉奇数值）仅出现在第四行中，而其余行则是“how”如何做的部分（结果变量的初始化以及一个循环操作）。如果我想要再写一个过滤器，用于筛选偶数值，那就需要再写五行代码，而使用一门像 Scala 这样的高等级语言，你只需编写“what”那部分的代码：

    val x = Array(1,2,3,4,5,6)   
    val res = x filter ( _ % 2 == 1 ) //过滤奇数值  
    val res2 = x filter ( _ % 2 == 0 ) //过滤偶数值 

我们可以看到，相对于上文中的 Java 代码段，这段代码更加简洁，而且具有更好的可读性。

高效

Scala 是一种高效的编程语言，实际上，根据最新的 benchmark 性能测试，它几乎和 Java 一样快捷。在 JVM 上实现的 Scala 代码，可以编译为字节码，在这一过程中，代码通过优化阶段进行编译。尾递归优化是一个很好的示例，它可帮助用户专注于函数范式而无需以牺牲性能为代价。还有一个示例是，将 Scala 值类型对象转换为 Java 基本类型时进行的优化。

可扩展

Scala 语言本身的名字 Scala 来自 Scalable（可扩展的）一词，这意味着这种语言可以按照用户的需求进行扩展。因此，从根本上来讲，用户可以添加新的类型和控制结构。比如，我想要添加一个简单的“loop”控制结构：

 // 一个简单的构建  
 def loop(range: Range)(op: Int=> Unit) {  
 range foreach (op)   
 }     
  
 loop(1 to 5){println} // 1 2 3 4 5   
 loop(1 to 5){x => if (x % 2 == 0) println(x)} // 2 4 

还有几个更为复杂的例子，Actor lib，它是作为扩展被添加到 Scala 这一语言中的，我们将在下文中对它展开讨论。

不过，Scala 之所以是可扩展的，在于互相关联的两点：它是真正的面向对象的语言和真正的函数式语言。

面向对象

Scala 中每个事物都是对象（对象的方法除外），因此，没有必要对基本（primitive）类型或引用类型进行区分，这就是所谓的：统一对象模型（Uniform Object Model）。但是，正如我之前在优化流程中所提到的，值类型对象被转换为 Java 基本类型，因此不必担心性能的问题。其内部还包含为类方法分组的单件对象（Singleton object）。

◆所有操作都是方法调用，+ - * ! / 都是方法，因此，没有必要进行操作符重载。

◆非常精细的访问控制，用户可以控制对某些包的某些方法的访问。

◆Scala 具有  trait，与 Ruby 中的 mixin 类似，就像 Java 中的 interfaces，但实现了某些它们的方法，因此，用户在箱体（box）之外拥有富封装器（wrapper）和富交互接口（interface）。

函数式语言

函数式语言具有很多特点，不过在扩展性这一语境中，我们所关心的是两个事实：

◆函数是第一等级（first-class）的值

这表示用户可以将函数作为值传递，也可以作为值返回。这样可以获得简洁而具有可读性的代码，正如上文中作为示例的过滤代码段。

◆纯函数（pure function）

Scala 支持没有副作用的纯函数，这意味着：如果你的输入相同，那么输出结果也总是相同。这样能够让代码更为安全，对代码测试也更为方便。

但是，Scala 是通过什么方式来支持纯函数的呢？通过不变性（immutability）：偏向固定的引用（与 java 中的 final 或其他语言中的 constant 类似）以及具有不变的数据结构，一旦创建便不可修改。

不变性是拥有纯函数的安全保证，但并不是唯一的方式。没有不变性，你仍然可以编写安全的代码。这就是为什么 Scala 不是强制推行不变性而只是鼓励使用它。最终，你会发现 Scala 中许多数据结构具有了两种实现方式，一种是可变的，另一种是不可变的，不可变的数据结构是缺省导入的。

每当提到不变性时，有人就会开始担心性能的问题，对于某些情况，这种担忧并非毫无来由，但对于 Scala，最终结果却与这一担忧相反。不可变的数据结构相对于可变的数据结构，更有助于获得较高的效率。其原因之一在于强大的垃圾收集器（garbage collector），与 JVM 中的垃圾收集器类似。

更佳的并行模型

当涉及到线程这一问题时，Scala 支持传统的 shared data 模型。但是，使用这种模型较长一段时间之后，许多人发现使用这种模型编写代码，非常难以实现以及进行测试。你总是需要考虑死锁问题和竞争条件。因此，Scala 提供了另一个称为 Actor 的并行模型，其中，actor 通过它的收件箱来发送和接收非同步信息，而不是共享数据。这种方式被称为：shared nothing 模型。一旦你不再顾虑共享数据的问题，也就不必再为代码同步和死锁问题而头痛。

被发送信息的不变性本质以及 actor 中串行处理，这两者使得对于并行的支持更为简便。

有关 Scala 并行的问题，请参阅这篇文章，对于这个概念你会有更好的理解。

在讲述下一个要点之前，我需要提到这样一个事实，一些人将 Actor 的使用视为编程语言的一种进化。正如，Java 的出现，将程序员们从指针和内存管理的泥淖中拯救出来一样，Scala 的到来，让程序员们不必再为代码同步以及共享数据模型整天苦思冥想。

静态类型

当我想要讲述这一要点的时候，才发现，对于静态类型语言的正反两面，我试图给予同样的关注。事实上，关于这一话题的争论总是没完没了，但我要作出两点总结，而这两点是大多数人讨论的热点：

◆使用静态类型语言编写的代码更加健壮（robust）

TDD 的存在，让许多关于动态类型语言和健壮代码的讨论失去了意义，虽然这是正确的，当我们仍然不能忽视这样一个事实：对于动态类型语言，你需要编写更多的测试代码来检查类型，而在静态类型语言中，你可以将这些问题交给编译器处理。此外，还有一些人认为，使用静态类型语言，你的代码将具有更好的自我记录。

◆使用静态类型语言编写的代码过于严格和冗长

像我这样的动态类型语言的粉丝，认为通过鸭子类型（duck typing）可以写出更具动态性的代码结构。但同时他们还会抱怨，静态类型语言导致代码冗长。

关于静态类型与动态类型的争论，在51CTO之前发布的这篇文章中可以看到更多信息。

作为静态类型语言，Scala 具有第一条中提到的优点，但是，第二点呢？

Scala 具有一个灵活的类型系统，并且可能是这一类型中最好的。很多情况下，如果你没有指定类型，这一系统将能够对类型进行推断。

例如，你可以这样编写代码：

    val list: List[String] = List("one", "two", "three")   
    //list: List[String] = List(one, two, three)     
    val s: String = "Hello World!"   
    //s: java.lang.String = hello world! 

但你也可以这样编写代码：

   val list = List("one", "two", "three")   
   //list: List[String] = List(one, two, three)     
   val s = "Hello World!"   
   //s: java.lang.String = hello world! 

非常好，无论如何，它解决了代码冗长的问题。但像鸭子类型（duck typing）那样的问题，会怎样呢？

答案还是：Scala 的类型系统具有的某些灵活性，可以让你编写如下的代码：

 def eat[T <: Animal](a: T) // whatever 

其中，我们将类型 T 定义为 Animal 的子类型。还可以更加灵活：

  def eat[T <: {def eat(): Unit}](a: T) // whatever 

其中，我们将类型 T 定义为一个具有非法  eat 的类型。

事实上，Scala 的类型系统非常丰富，你可以在这里找到更多信息。

模式匹配

我必须坦白，在犹豫良久之后，我才决定写一写 Scala 的这一特点。事实上，我本来没有打算讨论 Scala 的函数功能，但看到一篇有关对象分支（switch）应用的文章后，我想，还是有必要聊聊这个特点。以下内容基本上都来自这篇博客文章：

模式匹配究竟是用来做什么的？它让你可以将一个值对多种情况（case）进行匹配，有点类似 Java 中的分支（switch）语句。但它不是仅仅匹配数字（这是分支语句的作用），而是用户能够对本质上为对象创建形式（creation form）的事物进行匹配。

以下示例也来自上文提到的博客：

   x match {   
   case Address(Name(first, last), street, city, state, zip) => println(last + ", " + zip)   
   case _ => println("not an address") // 缺省情况   
   } 

对于第一种情况，模式 Name(first, last) 嵌套在模式 Address(…) 中。 其中的 last 值，被传递到 Name 构造函数，然后进行提取，因此在箭头右侧的表达式中是可用的。

那么，

模式匹配的意义

为什么你需要模式匹配？我们都会有复杂的数据。如果我们坚持严格的面向对象编程，那么我们就不愿去关注数据树的内部情况。相反，我们想要调用方法，让方法来做这些事情。如果我们有能力完成这件事，就不会非常需要模式匹配，因为方法满足了我们的要求。但是，很多时候对象没有我们所需的方法，并且我们不能（或不愿）为对象添加新的方法。

因此，模式匹配被认为是一种获得扩张性的有效方法，并且，它还为该问题提供了一种不错的解决方案，访问者设计模式所导致的冗长除外。

不管怎样，强烈推荐你看看上面所提到的文章中”扩展性的两个方向“（Two directions of extensibility）那个小节。

简单的 DSL（特定领域语言）

编写 DSL，Scala 是一个很好的选择。事实上，Scala 适用于内部和外部 DSL。在这篇文章中，你可以找到一些使用 Ruby 和 Scala 编写内部 DSL 的特点比较。下面这篇文章也很棒，是关于使用 Scala 编写内部 DSL 的：Boolean Algebra Internal DSL in Scala (aka fun with Unicode names )。

此外，对于外部 DSL，Scala 也应该是首选语言，背后的原因是解析器组合子库（parser combinator lib），它让为新语言编写编译器成为一件很酷的事。

与 Java 代码之间的互操作性

在 JVM 上的实现 Scala 的程序可以无缝地与 Java 平台整合，很多 Scala 类型实际上都编译为 Java 类型，因此，用户可以放心地使用 Java 类型。而且，你也可以混合地使用 JVM 语言来编程，如：JRuby、Groovy、Clojure 等。这里有一篇不错的文章，提供了这种示例。

学习型语言

我有两个习惯，在 Scala 的学习过程中，我坚持了这两个习惯：

◆遇到新的技术术语，访问维基百科，理解更多信息；比如 Function literal（文本函数）、Referentially transparent（引用透明度）、Partial function（偏函数）、Currying（科里华），还有很多其他术语。

◆参考我对其他语言的理解，检查这些术语的涵义是否实现。

通过一些好的练习，如编写没有副作用的纯函数，将精力集中在代码中的“what”部分，而将“how”的部分交给语言处理；这两个习惯让我获得更多知识，也提高了代码的质量。

团队

Scala 由马丁·奥德斯基（Martin Odersky）设计，他是瑞士联邦理工学院洛桑分校（EPFL）编程方法实验室小组的管理者。奥德斯基曾受雇于 Sun 公司编写 Java 1.1 编译器，他还是 Java 1.1 到 Java 1.4 的 Javac 主要开发者。此外，他还是 Java Generics 的提出者。51CTO编辑曾通过电子邮件与奥德斯基就 Scala 的语言特性进行了交流，并得到了回复信件如下。

Scala 现在由奥德斯基和他在瑞士联邦理工学院洛桑分校的团队维护。不过，还有其他一些具有才华的开发者参与，通过多年的工作，他们共同打造出了 Scala 这一编程语言。

来源

Scala 受到了多种语言的启发：

◆大多数的句法来自 Java 和 C#。

◆其他一些元素也来自 Java，比如：基本类型（basic type）、类库，以及其运行模型。

◆它所用的统一对象模型是由 Smalltalk 最先使用的。

◆通用嵌套（universal nesting）的理念也出现在 Algol、Simula 中，而且最近还出现在 Beta 和 gbeta 中。

◆函数式编码的方法在精神上也与 ML 语言家族类似，该语言家族中包含 SML、OCaml，以及最主要的成员 F#。

◆Scala 标准库中的许多较高阶的函数，也出现在 ML 和 Haskell 中。

◆Scala 的隐式参数也是受到 Haskell 类型类的启发。Scala 基于 actor 的并行库主要是受到 Erlang 的启发。

◆将插入（infix）操作符视为函数，以及允许文本函数（或 block 区块）作为参数，以使库能够定义控制结构，这些特定的理念可以回溯至 Iswim 和Smalltalk。

专家观点

实际上，像詹姆士·斯特拉坎（James Strachan：编程语言 Groovy 的创始人）的这样的言语让人感到有点惊喜：

说实话，如果有人在 2003 年给我一本由马丁·奥德斯基(Martin Odersky)、莱克斯·斯彭（Lex Spoon）和比尔·文纳斯（Bill Venners）合著的《Programming in Scala》，我很可能不会再去创建 Groovy。

在结束之前，我做一下总结：

我喜欢 Scala，因为它是高效的、学习型的语言，具有较好的并行模型，以及非常适用于编写 DSL。