類和對(duì)象 (四)

添加成員變量

本篇繼續(xù)上一篇，前面我們定義了 Rational 的主構(gòu)造函數(shù)，并檢查了輸入不允許分母為 0。下面我們就可以開始實(shí)行兩個(gè) Rational 對(duì)象相加的操作。我們需要實(shí)現(xiàn)的函數(shù)化對(duì)象，因此 Rational 的加法操作應(yīng)該是返回一個(gè)新的 Rational 對(duì)象，而不是返回被相加的對(duì)象本身。我們很可能寫出如下的實(shí)現(xiàn)：

class Rational (n:Int, d:Int) {
   require(d!=0)
   override def toString = n + "/" +d
   def add(that:Rational) : Rational =
     new Rational(n*that.d + that.n*d,d*that.d)
}

實(shí)際上編譯器會(huì)給出如下編譯錯(cuò)誤：

<console>:11: error: value d is not a member of Rational
            new Rational(n*that.d + that.n*d,d*that.d)
                                ^
<console>:11: error: value d is not a member of Rational
            new Rational(n*that.d + that.n*d,d*that.d)

這是為什么呢？盡管類參數(shù)在新定義的函數(shù)的訪問(wèn)范圍之內(nèi)，但僅限于定義類的方法本身(比如之前定義的 toString 方法，可以直接訪問(wèn)類參數(shù)），但對(duì)于 that 來(lái)說(shuō)，無(wú)法使用 that.d 來(lái)訪問(wèn) d. 因?yàn)?that 不在定義的類可以訪問(wèn)的范圍之內(nèi)。此時(shí)需要定類的成員變量。（注：后面定義的 case class 類型編譯器自動(dòng)把類參數(shù)定義為類的屬性，這是可以使用 that.d 等來(lái)訪問(wèn)類參數(shù)）。

修改 Rational 定義，使用成員變量定義如下：

class Rational (n:Int, d:Int) {
   require(d!=0)
   val number =n
   val denom =d 
   override def toString = number + "/" +denom 
   def add(that:Rational)  =
     new Rational(
       number * that.denom + that.number* denom,
       denom * that.denom
     )
}

要注意的我們這里定義成員變量都使用了 val ，因?yàn)槲覀儗?shí)現(xiàn)的是“immutable”類型的類定義。number 和 denom 以及 add 都可以不定義類型，Scala 編譯能夠根據(jù)上下文推算出它們的類型。

scala> val oneHalf=new Rational(1,2)
oneHalf: Rational = 1/2
scala> val twoThirds=new Rational(2,3)
twoThirds: Rational = 2/3
scala> oneHalf add twoThirds
res0: Rational = 7/6
scala> oneHalf.number
res1: Int = 1

可以看到，這是就可以使用 .number 等來(lái)訪問(wèn)類的成員變量。

自身引用

Scala 也使用 this 來(lái)引用當(dāng)前對(duì)象本身，一般來(lái)說(shuō)訪問(wèn)類成員時(shí)無(wú)需使用 this ，比如實(shí)現(xiàn)一個(gè) lessThan 方法，下面兩個(gè)實(shí)現(xiàn)是等效的。

def lessThan(that:Rational) =
   this.number * that.denom < that.number * this.denom

和

def lessThan(that:Rational) =
   number * that.denom < that.number * denom

但如果需要引用對(duì)象自身，this 就無(wú)法省略，比如下面實(shí)現(xiàn)一個(gè)返回兩個(gè) Rational 中比較大的一個(gè)值的一個(gè)實(shí)現(xiàn)：

def max(that:Rational) =
      if(lessThan(that)) that else this

其中的 this 就無(wú)法省略。

輔助構(gòu)造函數(shù)

在定義類時(shí)，很多時(shí)候需要定義多個(gè)構(gòu)造函數(shù)，在 Scala 中，除主構(gòu)造函數(shù)之外的構(gòu)造函數(shù)都稱為輔助構(gòu)造函數(shù)（或是從構(gòu)造函數(shù)），比如對(duì)于 Rational 類來(lái)說(shuō)，如果定義一個(gè)整數(shù)，就沒(méi)有必要指明分母，此時(shí)只要整數(shù)本身就可以定義這個(gè)有理數(shù)。我們可以為 Rational 定義一個(gè)輔助構(gòu)造函數(shù)，Scala 定義輔助構(gòu)造函數(shù)使用 this(…)的語(yǔ)法，所有輔助構(gòu)造函數(shù)名稱為 this。

def this(n:Int) = this(n,1)

所有 Scala 的輔助構(gòu)造函數(shù)的第一個(gè)語(yǔ)句都為調(diào)用其它構(gòu)造函數(shù)，也就是 this(…)，被調(diào)用的構(gòu)造函數(shù)可以是主構(gòu)造函數(shù)或是其它構(gòu)造函數(shù)（最終會(huì)調(diào)用主構(gòu)造函數(shù)），這樣使得每個(gè)構(gòu)造函數(shù)最終都會(huì)調(diào)用主構(gòu)造函數(shù)，從而使得主構(gòu)造函數(shù)稱為創(chuàng)建類單一入口點(diǎn)。在 Scala 中也只有主構(gòu)造函數(shù)才能調(diào)用基類的構(gòu)造函數(shù)，這種限制有它的優(yōu)點(diǎn)，使得 Scala 構(gòu)造函數(shù)更加簡(jiǎn)潔和提高一致性。

私有成員變量和方法

Scala 類定義私有成員的方法也是使用 private 修飾符，為了實(shí)現(xiàn) Rational 的規(guī)范化顯示，我們需要使用一個(gè)求分子和分母的最大公倍數(shù)的私有方法 gcd。同時(shí)我們使用一個(gè)私有變量 g 來(lái)保存最大公倍數(shù),修改 Rational 的定義：

scala> class Rational (n:Int, d:Int) {
     |    require(d!=0)
     |    private val g =gcd (n.abs,d.abs) 
     |    val number =n/g 
     |    val denom =d/g 
     |    override def toString = number + "/" +denom
     |    def add(that:Rational)  = 
     |      new Rational( 
     |        number * that.denom + that.number* denom,
     |        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)
     | }
defined class Rational
scala> new Rational ( 66,42)
res0: Rational = 11/7

注意 gcd 的定義，因?yàn)樗莻€(gè)回溯函數(shù)，必須定義返回值類型。Scala 會(huì)根據(jù)成員變量出現(xiàn)的順序依次初始化它們，因此g必須出現(xiàn)在 number 和 denom 之前。