实验12 Trait 一、简介 1、内容：Trait为重用代码的一个基本单位。 2、知识点：Trait基本概念、基本用法、瘦接口和胖接口设计、Ordered Trait、可叠加修改操作。二、步骤 1、Trait基本概念 Trait是重用代码的一个基本单位。一个Traits封装了方法和变量。 VS- Interface：方法可有实现，这点与抽象类类似。 VS- 类继承：Scala类继承为单一继承，子类只有一个父类。当一个类可以和多个Trait混合，这些Trait定义的成员变量和方法变成了该类的成员变量和方法。 -->Trait集合了Interface和抽象类的优点，同时没破坏单一继承原则。 2、基本用法：与类类似 trait Philosophical{ def philosophize() { println("I consume memeory, therefor I am!") } } class Frog extends Philosophical{ override def toString="gree" } scala> val frog = new Frog frog: Frog = green scala> frog.philosophize I consume memeory, therefor I am! class Animal trait HasLegs class Frog extends Animal with Philosophical with HasLegs{ #和Interface类似，可以为某个类添加多个Trait属性 override def toString="green" } class Animal trait HasLegs class Frog extends Animal with Philosophical with HasLegs{ #Frog 都继承了 Philosophical 的 philosophize 实现 override def toString="green" #Frog新定义混入了特质Philosophize，可以把它当作这种类型变量使用 override def philosophize() { #重载philosophize 方法，与重载基类方法定义方法一样 println("It ain't easy being " + toString + "!") } } 推论：Trait就像是带具体方法的Java接口，不过能做更多。如Trait可以声明字段和维持状态值。实际，可以用Trait定义做任何类定义做的事，且语法一致。两点例外：1）Trait不能有任何“类”参数；2）不能传递给类主构造器的参数。可定义类，但Trait出错： class Point(x: Int, y: Int) scala> trait NoPoint(x:Int,y:Int) :1: error: traits or objects may not have parameters trait NoPoint(x:Int,y:Int) 3、瘦接口还是胖接口设计？ Trait应用：可以根据类已有方法自动为类添加方法。换言之，Trait可以使瘦接口变得更加丰满些，变成胖接口。胖、瘦接口选择：在实现者和接口用户之间权衡。胖接口对于调用者更便捷，用户可使用一个完全符合他们功能需要的方法。另一方面，瘦接口有比较少的方法，对于实现者更简单。调用瘦接口因此要写更多代码，由于没更多可选方法调用，或许不得不选一个不太完美匹配的方法，并为了使用它写一些额外代码。 Java接口常常过瘦而非过胖。从Java1.4开始引入的CharSequence接口，是对于字串类来说通用的瘦接口，持有一个字符序列。Java类定义了4个方法。如果CharSequence包含全部String接口，那它将为CharSequence实现压上沉重负担。为了任何一个Java的CharSequence接口实现，不得不定义一大堆方法。 trait CharSequence { def charAt(index: Int): Char def length: Int def subSequence(start: Int, end: Int): CharSequence def toString(): String } 因为Scala的Trait可以包含具体方法，这使得创建胖接口变得非常便捷。 Trait中，添加具体方法使得胖瘦对阵的权衡大大倾向于胖接口。不像Java，Scala添加具体方法是一次性的劳动，只要在Trait中实现方法一次，而不需要在每个混入Trait方法中重新实现它。因此，与没有Trait语言相比，Scala的胖接口没什么工作要做。要使用Trait加强接口，可简单定义具有少量抽象方法的Trait，即Trait接口的瘦部分和大量的、潜在的具体方法，并且所有的都实现在抽象方法之上。然而，丰满了的Trait混入类中，实现接口的瘦部分，并最终获得具有全部胖接口内容的类。 4、Trait示例--Rectangular对象设计绘画程序库时，定义具有矩形类型：窗口、bitmap图像、举行选取框等。函数库对象提供了方法（如width、height）和坐标left、right、top、bottom。若使用Java实现，需要大量代码，工作量较大（类之间不一定可以定义继承关系）。但如果使用Scala实现，则可以使用Trait，从而为这些类方便添加和矩形相关方法。 class Point(val x:Int, val y:Int) #不使用Trait方法 class Rectangle(val topLeft:Point, val bottomRight:Point){ def left =topLeft.x def right =bottomRight.x def width=right-left // and many more geometric methods } abstract class Component { #定义了UI组件 def topLeft :Point def bottomRight:Point def left =topLeft.x def right =bottomRight.x def width=right-left // and many more geometric methods } 使用Trait可消除重复代码，定义如下Rectangular Trait类型： trait Rectangular { def topLeft:Point def bottomRight:Point def left =topLeft.x def right =bottomRight.x def width=right-left // and many more geometric methods } abstract class Component extends Rectangular{ #修改Component类定义，融入Rectangular特性 //other methods } class Rectangle(val topLeft:Point, val bottomRight:Point) extends Rectangular{ #修改Rectangle定义 // other methods } val rect=new Rectangle(new Point(1,1),new Point(10,10)) # println (rect.left) println(rect.right) println(rect.width) ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/uid/239255/1550019171796.png-wm) 5、Ordered Trait 比较对象也是胖接口较广泛的应用领域。当你需要比较有顺序关系的对象时，一个方法就能知道比较的结果，就非常便利。如：需要“<”、“<=”。瘦接口来定义类，只定义了一个 < 比较方法。需要小于等于时，可能需要(x that.numer * this.denom def > (that: Rational) = that < this def <= (that: Rational) = (this < that) || (this == that) def >= (that: Rational) = (this > that) || (this == that) } Scala对于这种常见操作，提供了Ordered Trait定义。使用它可以把所有运算代码通过compare定义替代。这个ordered trait可以让需要实现比较运算的类，通过和它“融合”，这一切只需实现一个compare方法即可。 class Rational(n:Int, d:Int) extends Ordered[Rational]{ //... override def compare(that:Rational)= (this.numer*that.denom)-(that.numer*that.denom) } 注意：1、Ordered需要指明参数Ordered[T]。类型参数后面介绍，只需知道添加所需比较类型类名称（本例为Rational）。 2、需要使用compare方法。比较有序对象，若=0，表示两对象相同；若>0，则表示前面大于后面对象；若<0，则表示前面对象小于后面对象。完整代码及测试： class Rational (n:Int, d:Int) extends Ordered[Rational]{ require(d!=0) private val g =gcd (n.abs,d.abs) val numer =n/g val denom =d/g override def toString = numer + "/" +denom def +(that:Rational) = new Rational( numer * that.denom + that.numer* denom, denom * that.denom ) def * (that:Rational) = new Rational( numer * that.numer, denom * that.denom) def this(n:Int) = this(n,1) private def gcd(a:Int,b:Int):Int = if(b==0) a else gcd(b, a % b) override def compare (that:Rational)= (this.numer*that.denom)-(that.numer*that.denom) } scala> val half =new Rational(1,2) half: Rational = 1/2 scala> val third=new Rational(1,3) third: Rational = 1/3 scala> half < third res0: Boolean = false scala> half >= third res1: Boolean = true 实现比较对象时，首先要考虑Ordered Trait。看这个Trait是否满足要求，然后和这个Trait“混合”，可以很方便实现对象之间比较。此外，Ordered Trait没定义equal方法。如果需要定义equal方法，需要检查传入参数的类型，Ordered Trait无法实现。因此，需要==比较运算符，需要另外定义。 6、用Trait实现可叠加的修改操作 Trait主要用法：将瘦接口变成胖接口。本节介绍另一个用法：为类添加可叠加的修改操作。Trait能够修改类的方法，并能够叠加这些操作（不同组合）修改类的方法。例子：修改整数队列，这个队列有两个方法：put为队列添加一个元素，get从队列读取。队列先进先出，因此get读取顺序和put顺序一致。对于上面队列，定义如下三个Trait类型： Doubling: 元素*2； Incrementing: 元素+1； Filtering: 过滤负数。这三个Trait代表修改操作，因为它们可以用来修改队列类对象，而不是为队列类定义所有可能操作。三个操作可叠加。你可以通过这三个基本操作任意组合和原始类“混合”，从而得到需要的新的队列类的修改操作。基本实现如下： import scala.collection.mutable.ArrayBuffer abstract class IntQueue { def get():Int def put(x:Int) } class BasicIntQueue extends IntQueue{ private val buf =new ArrayBuffer[Int] def get()= buf.remove(0) def put(x:Int) { buf += x } } scala> val queue = new BasicIntQueue queue: BasicIntQueue = BasicIntQueue@60d134d3 scala> queue.put (10) scala> queue.put(20) scala> queue.get() res2: Int = 10 scala> queue.get() res3: Int = 20 如果此时有新需求，希望添加元素时，添加元素双倍并过滤负数，可以直接修改put方法完成。之后需求变了，添加元素，添加为参数的递增值，又可能要修改put方法。此时显得队列实现不够灵活。使用Trait实现： trait Doubling extends IntQueue{ abstract override def put(x:Int) { super.put(2*x)} } trait Incrementing extends IntQueue{ abstract override def put(x:Int) { super.put(x+1)} } trait Filtering extends IntQueue{ abstract override def put (x:Int){ if(x>=0) super.put(x) #普通类调用不合法，对于trait可行。因为Trait的super调用是动态绑定。 } } 所有的Trait实现都以IntQueue为基类，这保证这些Trait只能和同样继承了IntQueue的类“混合”。比如和BasicIntQueue混合，而不可以和前面定义的Rational类混合。 Trait可动态绑定，这个Trait混合在其他类或Trait之后，而这个其他类或Trait定义了super调用方法即可。若要实现可叠加修改操作，这种方法必须。并且，要注意使用abstract override修饰符，这种方法仅限于Trait而不能作class的定义上。不同混合顺序，倒序计算： scala> val queue1 = new BasicIntQueue with Doubling with Incrementing queue1: BasicIntQueue with Doubling with Incrementing = $anon$1@35849932 scala> val queue2 = new BasicIntQueue with Incrementing with Doubling queue2: BasicIntQueue with Incrementing with Doubling = $anon$1@4a4cdea2 scala> queue1.put(10) #+1 后 *2 scala> queue1.get() res4: Int = 22 scala> queue2.put(10) # *2 后 +1 scala> queue2.get() res6: Int = 21 scala> val queue = new BasicIntQueue with Doubling with Incrementing with Filtering queue: BasicIntQueue with Doubling with Incrementing with Filtering = $anon$1@73a4eb2d scala> queue.put(10) scala> queue.put(-4) scala> queue.put(20) scala> queue.get() res10: Int = 22 scala> queue.get() res11: Int = 42 scala> queue.get() #队列为空，没添加错误处理 java.lang.IndexOutOfBoundsException: 0 at scala.collection.mutable.ResizableArray$class.apply(ResizableArray.scala:44) at scala.collection.mutable.ArrayBuffer.apply(ArrayBuffer.scala:44) at scala.collection.mutable.ArrayBuffer.remove(ArrayBuffer.scala:163) at BasicIntQueue.get(:11) at .(:15) at .() at .(:11) at .() at $print() at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method) at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:57) at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43) at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:606) at scala.tools.nsc.interpreter.IMain$ReadEvalPrint.call(IMain.scala:704) at scala.tools.nsc.interpreter.IMain$Request$$anonfun$14.apply(IMain.scala:920) at scala.tools.nsc.interpreter.Line$$anonfun$1.apply$mcV$sp(Line.scala:43) at scala.tools.nsc.io.package$$anon$2.run(package.scala:25) at java.lang.Thread.run(Thread.java:744) 三、小结本节主要学习了Trait的基本概念与用法、功能、应用：瘦接口-->胖接口，可叠加修改操作。不过还是需要大量实践与应用才能真正理解。

“Scala 开发教程”实验报告