Scala 3扩展方法详解：lampepfl/dotty项目中的新特性-优快云博客

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Scala 3扩展方法详解：lampepfl/dotty项目中的新特性

dotty The Scala 3 compiler, also known as Dotty. 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/do/dotty

引言

在Scala 3中，扩展方法(Extension Methods)是一项强大的语言特性，它允许开发者在不修改原始类型定义的情况下，为现有类型添加新的方法。本文将深入探讨lampepfl/dotty项目中实现的扩展方法特性，包括其语法、工作原理以及实际应用场景。

什么是扩展方法？

扩展方法是一种在不修改原始类定义的情况下，为现有类型添加新方法的技术。这种技术特别有用，当你：

无法修改原始类型源代码（如标准库中的类）
希望保持领域模型的纯净性
需要为第三方库添加便捷方法

基本语法

case class Circle(x: Double, y: Double, radius: Double)

extension (c: Circle)
  def circumference: Double = c.radius * math.Pi * 2

这个例子展示了如何为Circle类添加一个计算周长的circumference方法。添加后，可以像调用原生方法一样使用它：

val circle = Circle(0, 0, 1)
circle.circumference  // 返回6.283185307179586

扩展方法的底层实现

理解扩展方法的底层实现有助于我们更好地使用它。编译器会将扩展方法转换为特殊的带标签方法：

// 原始扩展方法
extension (c: Circle)
  def circumference: Double = c.radius * math.Pi * 2

// 编译器转换后的形式
<extension> def circumference(c: Circle): Double = c.radius * math.Pi * 2

这意味着扩展方法既可以像普通方法一样调用，也可以像静态方法一样使用：

circle.circumference  // 点语法
circumference(circle) // 函数调用语法

运算符扩展

扩展方法特别适合用于定义运算符，使代码更加简洁：

extension (x: String)
  def < (y: String): Boolean = ...

extension (x: Elem)
  def +: (xs: Seq[Elem]): Seq[Elem] = ...

extension (x: Number)
  infix def min (y: Number): Number = ...

这些运算符会被转换为：

<extension> def < (x: String)(y: String): Boolean = ...
<extension> def +: (xs: Seq[Elem])(x: Elem): Seq[Elem] = ...
<extension> infix def min(x: Number)(y: Number): Number = ...

注意右结合运算符+:的参数顺序转换，这与Scala处理右结合运算符的方式一致。

泛型扩展方法

扩展方法支持泛型，可以为泛型类型添加方法：

extension [T](xs: List[T])
  def second = xs.tail.head

extension [T: Numeric](x: T)
  def + (y: T): T = summon[Numeric[T]].plus(x, y)

也可以组合使用扩展类型参数和方法类型参数：

extension [T](xs: List[T])
  def sumBy[U: Numeric](f: T => U): U = ...

调用时，方法类型参数可以像往常一样传递：

List("a", "bb", "ccc").sumBy[Int](_.length)

集体扩展

当需要为同一类型添加多个扩展方法时，可以使用集体扩展语法：

extension (ss: Seq[String])
  def longestStrings: Seq[String] =
    val maxLength = ss.map(_.length).max
    ss.filter(_.length == maxLength)

  def longestString: String = longestStrings.head

集体扩展会被展开为多个独立的扩展方法定义。这种语法让代码组织更加清晰，也方便方法间的相互调用。

扩展方法的解析规则

编译器在解析扩展方法调用时遵循以下规则：

简单名称可见性：扩展方法在当前作用域中定义、继承或导入
given实例成员：扩展方法是可见given实例的成员
隐式作用域：扩展方法定义在接收者类型的隐式作用域中
given实例在隐式作用域：扩展方法是隐式作用域中given实例的成员

解析过程详解

当遇到e.m[Ts]这样的表达式，而m不是e的成员时，编译器会尝试以下转换：

首先尝试转换为m[Ts](e)，并应用特殊的导入解析规则
如果第一步失败，查找在eligible对象中的扩展方法m

语法规范

扩展方法的正式语法如下：

Extension         ::=  'extension' [DefTypeParamClause] {UsingParamClause}
                       '(' DefParam ')' {UsingParamClause} ExtMethods
ExtMethods        ::=  ExtMethod | [nl] <<< ExtMethod {semi ExtMethod} >>>
ExtMethod         ::=  {Annotation [nl]} {Modifier} 'def' DefDef

其中extension是一个软关键字，只有在语句开头且后跟[或(时才会被识别为关键字。