Scala中类的继承、抽象类和特质

1. 类的继承

1.1 Scala中的继承结构

Scala 中继承关系如下图：

+ Any 是整个继承关系的根节点；

+ AnyRef 包含 Scala Classes 和 Java Classes，等价于 Java 中的 java.lang.Object；

+ AnyVal 是所有值类型的一个标记；

+ Null 是所有引用类型的子类型，唯一实例是 null，可以将 null 赋值给除了值类型外的所有类型的变量;

+ Nothing 是所有类型的子类型。

1.2 extends & override

Scala 的集成机制和 Java 有很多相似之处，比如都使用 `extends` 关键字表示继承，都使用 `override` 关键字表示重写父类的方法或成员变量。示例如下：

//父类
class Person {

  var name = ""
  // 1.不加任何修饰词,默认为 public,能被子类和外部访问
  var age = 0
  // 2.使用 protected 修饰的变量能子类访问，但是不能被外部访问
  protected var birthday = ""
  // 3.使用 private 修饰的变量不能被子类和外部访问
  private var sex = ""
    
  def setSex(sex: String): Unit = {
    this.sex = sex
  }
  // 4.重写父类的方法建议使用 override 关键字修饰
  override def toString: String = name + ":" + age + ":" + birthday + ":" + sex
}

使用 `extends` 关键字实现继承：

// 1.使用 extends 关键字实现继承
class Employee extends Person {

  override def toString: String = "Employee~" + super.toString

  // 2.使用 public 或 protected 关键字修饰的变量能被子类访问
  def setBirthday(date: String): Unit = {
    birthday = date
  }
}

测试继承：

object ScalaApp extends App {

  val employee = new Employee

  employee.name = "shangjack"
  employee.age = 20
  employee.setBirthday("2019-03-05")
  employee.setSex("男")

  println(employee)
}

// 输出： Employee~shangjack:20:2019-03-05:男

1.3 调用超类构造器

在 Scala 的类中，每个辅助构造器都必须首先调用其他构造器或主构造器，这样就导致了子类的辅助构造器永远无法直接调用超类的构造器，只有主构造器才能调用超类的构造器。所以想要调用超类的构造器，代码示例如下：

class Employee(name:String,age:Int,salary:Double) extends Person(name:String,age:Int) {
    .....
}

1.4 类型检查和转换

想要实现类检查可以使用 `isInstanceOf`，判断一个实例是否来源于某个类或者其子类，如果是，则可以使用 `asInstanceOf` 进行强制类型转换。

object ScalaApp extends App {

  val employee = new Employee
  val person = new Person

  // 1. 判断一个实例是否来源于某个类或者其子类 输出 true 
  println(employee.isInstanceOf[Person])
  println(person.isInstanceOf[Person])

  // 2. 强制类型转换
  var p: Person = employee.asInstanceOf[Person]

  // 3. 判断一个实例是否来源于某个类 (而不是其子类)
  println(employee.getClass == classOf[Employee])
}

1.5 构造顺序和提前定义

1.5.1 构造顺序

在 Scala 中还有一个需要注意的问题，如果你在子类中重写父类的 val 变量，并且超类的构造器中使用了该变量，那么可能会产生不可预期的错误。下面给出一个示例：

// 父类
class Person {
  println("父类的默认构造器")
  val range: Int = 10
  val array: Array[Int] = new Array[Int](range)
}

//子类
class Employee extends Person {
  println("子类的默认构造器")
  override val range = 2
}

//测试
object ScalaApp extends App {
  val employee = new Employee
  println(employee.array.mkString("(", ",", ")"))
}

这里初始化 array 用到了变量 range，这里你会发现实际上 array 既不会被初始化 Array(10)，也不会被初始化为 Array(2)，实际的输出应该如下：

父类的默认构造器
子类的默认构造器
()

可以看到 array 被初始化为 Array(0)，主要原因在于父类构造器的执行顺序先于子类构造器，这里给出实际的执行步骤：

1. 父类的构造器被调用，执行 `new Array[Int](range)` 语句;

2. 这里想要得到 range 的值，会去调用子类 range() 方法，因为 `override val` 重写变量的同时也重写了其 get 方法；

3. 调用子类的 range() 方法，自然也是返回子类的 range 值，但是由于子类的构造器还没有执行，这也就意味着对 range 赋值的 `range = 2` 语句还没有被执行，所以自然返回 range 的默认值，也就是 0。

这里可能比较疑惑的是为什么 `val range = 2` 没有被执行，却能使用 range 变量，这里因为在虚拟机层面，是先对成员变量先分配存储空间并赋给默认值，之后才赋予给定的值。想要证明这一点其实也比较简单，代码如下:

class Person {
  // val range: Int = 10 正常代码 array 为 Array(10)
  val array: Array[Int] = new Array[Int](range)
  val range: Int = 10  //如果把变量的声明放在使用之后，此时数据 array 为 array(0)
}

object Person {
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    val person = new Person
    println(person.array.mkString("(", ",", ")"))
  }
}

1.5.2 提前定义

想要解决上面的问题，有以下几种方法：

(1) . 将变量用 final 修饰，代表不允许被子类重写，即 `final val range: Int = 10 `；

(2) . 将变量使用 lazy 修饰，代表懒加载，即只有当你实际使用到 array 时候，才去进行初始化；

lazy val array: Array[Int] = new Array[Int](range)

(3) . 采用提前定义，代码如下，代表 range 的定义优先于超类构造器。

class Employee extends {
  //这里不能定义其他方法
  override val range = 2
} with Person {
  // 定义其他变量或者方法
  def pr(): Unit = {println("Employee")}
}

但是这种语法也有其限制：你只能在上面代码块中重写已有的变量，而不能定义新的变量和方法，定义新的变量和方法只能写在下面代码块中。

类的继承和下文特质 (trait) 的继承都存在这个问题，也同样可以通过提前定义来解决。虽然如此，但还是建议合理设计以规避该类问题。

2. 抽象类

Scala 中允许使用 `abstract` 定义抽象类，并且通过 `extends` 关键字继承它。

定义抽象类：

abstract class Person {
  // 1.定义字段
  var name: String
  val age: Int

  // 2.定义抽象方法
  def geDetail: String

  // 3. scala 的抽象类允许定义具体方法
  def print(): Unit = {
    println("抽象类中的默认方法")
  }
}

继承抽象类：

class Employee extends Person {
  // 覆盖抽象类中变量
  override var name: String = "employee"
  override val age: Int = 12

  // 覆盖抽象方法
  def geDetail: String = name + ":" + age
}

3. 特质

3.1 trait & with

Scala 中没有 interface 这个关键字，想要实现类似的功能，可以使用特质 (trait)。trait 等价于 Java 8 中的接口，因为 trait 中既能定义抽象方法，也能定义具体方法，这和 Java 8 中的接口是类似的。

// 1.特质使用 trait 关键字修饰
trait Logger {

  // 2.定义抽象方法
  def log(msg: String)

  // 3.定义具体方法
  def logInfo(msg: String): Unit = {
    println("INFO:" + msg)
  }
}

想要使用特质，需要使用 `extends` 关键字，而不是 `implements` 关键字，如果想要添加多个特质，可以使用 `with` 关键字。

// 1.使用 extends 关键字,而不是 implements,如果想要添加多个特质，可以使用 with 关键字
class ConsoleLogger extends Logger with Serializable with Cloneable {

  // 2. 实现特质中的抽象方法
  def log(msg: String): Unit = {
    println("CONSOLE:" + msg)
  }
}

3.2 特质中的字段

和方法一样，特质中的字段可以是抽象的，也可以是具体的：

如果是抽象字段，则混入特质的类需要重写覆盖该字段；

如果是具体字段，则混入特质的类获得该字段，但是并非是通过继承关系得到，而是在编译时候，简单将该字段加入到子类。

trait Logger {
  // 抽象字段
  var LogLevel:String
  // 具体字段
  var LogType = "FILE"
}

// 覆盖抽象字段：
class InfoLogger extends Logger {
  // 覆盖抽象字段
  override var LogLevel: String = "INFO"
}

3.3 带有特质的对象

Scala 支持在类定义的时混入 ` 父类 trait`，而在类实例化为具体对象的时候指明其实际使用的 ` 子类 trait`。示例如下：

trait Logger：
// 父类
trait Logger {
  // 定义空方法 日志打印
  def log(msg: String) {}
}

// trait ErrorLogger：

// 错误日志打印，继承自 Logger
trait ErrorLogger extends Logger {
  // 覆盖空方法
  override def log(msg: String): Unit = {
    println("Error:" + msg)
  }
}

// trait InfoLogger：

// 通知日志打印，继承自 Logger
trait InfoLogger extends Logger {

  // 覆盖空方法
  override def log(msg: String): Unit = {
    println("INFO:" + msg)
  }
}

具体的使用类：

// 混入 trait Logger
class Person extends Logger {
  // 调用定义的抽象方法
  def printDetail(detail: String): Unit = {
    log(detail)
  }
}

这里通过 main 方法来测试：

object ScalaApp extends App {

  // 使用 with 指明需要具体使用的 trait  
  val person01 = new Person with InfoLogger
  val person02 = new Person with ErrorLogger
  val person03 = new  Person with InfoLogger with ErrorLogger
  person01.log("scala")  //输出 INFO:scala
  person02.log("scala")  //输出 Error:scala
  person03.log("scala")  //输出 Error:scala

}

这里前面两个输出比较明显，因为只指明了一个具体的 `trait`，这里需要说明的是第三个输出，因为 trait 的调用是由右到左开始生效的**，所以这里打印出 `Error:scala`。

3.4 特质构造顺序

`trait` 有默认的无参构造器，但是不支持有参构造器。一个类混入多个特质后初始化顺序应该如下：

// 示例
class Employee extends Person with InfoLogger with ErrorLogger {...}

1. 超类首先被构造，即 Person 的构造器首先被执行；

2. 特质的构造器在超类构造器之前，在类构造器之后；特质由左到右被构造；每个特质中，父特质首先被构造；

Logger 构造器执行（Logger 是 InfoLogger 的父类）；

InfoLogger 构造器执行；

ErrorLogger 构造器执行;

3. 所有超类和特质构造完毕，子类才会被构造。