第六章 Scala基础——操作符即方法

一、操作符在Scala里的解释

在诸如C++、Java等oop语言里，定义了像byte、short、int、char、float之类的基本类型，但是这些基本类型不属于面向对象的范畴。就好比C语言也有这些类型，但是C语言根本没有面向对象的概念。 比如只能说“1”是一个int类型的常量，却不能说它是一个int类型的对象。与之对应的，这些语言还定义了与基本类型相关的操作符。例如，有算术操作符加法“+”，它可以连接左、右两个操作数，然后算出相应的总和。

前面提到，Scala追求纯粹的面向对象，像这种不属于面向对象范畴的基本类型及其操作符都是有违宗旨的。那么，Scala如何实现这些基本类型呢？实际在Scala标准库里定义了“class Byte”、“class  Short”、“class  Char”、“class Int”、“class  Long”、“class  Float”、“class  Double”、“class  Boolean”和“class Unit”九种值类，只不过这些类是抽象的、不可继承的，因此不能通过“new Int”这种语句来构造一个Int对象，也不能编写它们的子类，它们的对象都是由字面量来表示。例如，整数字面量“1”就是一个Int的对象。在运行时，前八种值类会被转换成对应的Java基本类型。第九个Unit类对应Java的“void”类型，即表示空值，这样就能理解返回值类型为Unit的、有副作用的函数其实是空函数。Unit类的对象由一个空括号作为字面量来表示。

简而言之，Scala做到了真正的“万物皆对象”。

还有，与基本类型相关的操作符该如何处理呢？严格来讲，Scala并不存在操作符的概念，这些所谓的操作符，例如算术运算的加减乘除，逻辑运算的与或非，比较运算的大于小于等等，其实都是定义在“class Int”、“class Double”等类里的成员方法。也就是说，在Scala里，操作符即方法。例如，Int类定义了一个名为“+”的方法，那么表达式“1 + 2”的真正形式应该是“1.+(2)”。它的释义是：Int对象“1”调用了它的成员方法“+”，并把Int对象“2”当作参数传递给了该方法，最后这个方法会返回一个新的Int对象“3”。

推而广之，“操作符即方法”的概念不仅仅限于九种值类的操作符，Scala里任何类定义的成员方法都是操作符，而且方法调用都能写成操作符的形式：去掉句点符号，并且方法参数只有一个时可以省略圆括号。例如：

scala> class Students3(val name: String, var score: Int) {
         |    def exam(s: Int) = score = s
         |    def friends(n: String, s: Int) = println("My friend " + n + " gets " + s + ".")
         |    override def toString = name + "'s score is " + score + "."
         |  }
defined class Students3

scala> val stu3 = new Students3("Alice", 80)
stu3: Students3 = Alice's score is 80.

scala> stu3 exam 100

scala> stu3.score
res0: Int = 100

scala> stu3 friends ("Bob", 70)
My friend Bob gets 70.

 二、三种操作符

   Ⅰ、前缀操作符

写在操作数前面的操作符称为前缀操作符，并且操作数只有一个。前缀操作符对应一个无参方法，操作数是调用该方法的对象。前缀操作符只有“+”、“-”、“!”和“~”四个，相对应的方法名分别是“unary_+”、“unary_-”、“unary_!”和“unary_~”。如果自定义的方法名是 “unary_”加上这四个操作符之外的操作符，那么就不能写成前缀操作符的形式。假设定义了方法“unary_*”，那么写成“*p”的形式让人误以为这是一个指针，实际Scala并不存在指针，因此只能写成“p.unary_*”或后缀操作符“p unary_*”的形式。例如：

scala> class MyInt(val x: Int) {
         |    def unary_! = -x
         |    def unary_* = x * 2
         |  }
defined class MyInt

scala> val mi = new MyInt(10)
mi: MyInt = MyInt@2aac87ab

scala> !mi
res0: Int = -10

scala> *mi
<console>:12: error: not found: value *
       *mi
       ^
<console>:12: warning: postfix operator mi should be enabled
by making the implicit value scala.language.postfixOps visible.
This can be achieved by adding the import clause 'import scala.language.postfixOps'
or by setting the compiler option -language:postfixOps.
See the Scaladoc for value scala.language.postfixOps for a discussion
why the feature should be explicitly enabled.
       *mi
        ^

scala> mi.unary_*
res2: Int = 20

   Ⅱ、中缀操作符

中缀操作符的左右两边都接收操作数，它对应普通的有参方法。两个操作数中的一个是调用该方法的对象，一个是传入该方法的参数，参数那一边没有数量限制，只是多个参数需要放在圆括号里。Scala规定，以冒号“ : ”结尾的操作符，其右操作数是调用该方法的对象，其余操作符都是把左操作数当调用该方法的对象。 例如：

scala> class MyInt2(val x: Int) {
         |    def +*(y: Int) = (x + y) * y
         |    def +:(y: Int) = x + y
         |  }
defined class MyInt2

scala> val mi2 = new MyInt2(10)
mi2: MyInt2 = MyInt2@216c6825

scala> mi2 +* 10
res7: Int = 200

scala> mi2 +: 10
<console>:13: error: value +: is not a member of Int
       mi2 +: 10
           ^

scala> 10 +: mi2
res9: Int = 20

对于系统打印函数“print”、“printf”和“println”，其实也是中缀操作符，不过左侧的操作数是调用对象——控制台Console，右侧是要打印的内容。例如：

scala> Console println "Hello, world!"
Hello, world! 

   Ⅲ、后缀操作符

 写在操作数后面的操作符称为后缀操作符，并且操作数只有一个，即调用该方法的对象。后缀操作符也对应一个无参方法，但是要注意方法名如果构成前缀操作符的条件，那么既可以写成前缀操作符，也可以把完整的方法名写成后缀操作符。例如：

scala> class MyInt3(val x: Int) {
         |    def display() = println("The value is " + x + ".")
         |  }
defined class MyInt3

scala> val mi3 = new MyInt3(10)
mi3: MyInt3 = MyInt3@2670435

scala> import scala.language.postfixOps
import scala.language.postfixOps

scala> mi3 display
The value is 10.

三、操作符的优先级和结合性

   Ⅰ、优先级

在数学运算中，乘、除法的优先级要高于加、减法，这是算术操作符的优先级。Scala也保留了这种特性，并有一套判断操作符优先级的规则：通过操作符的首个字符来判断。因为操作符都是方法，所以也就是通过方法名的首个字符来比较优先级，注意前缀操作符的方法名要去掉关键字。当然，圆括号内的优先级是最高的，圆括号可以改变操作符的结合顺序。

 上图给出了各种字符的优先级顺序。例如，常规算术运算法则在计算表达式“1 + 2 * 3”时，会先算乘法，后算加法。类似地，如果有一个表达式“1 +++ 2 *** 3”，那么结合顺序就是“1 +++ (2 *** 3)”。

这个规则有一个例外：如果操作符以等号结尾，并且不是“>=”、“<=”、“==”或“!=”四个比较操作符之一，那么就认为是赋值操作符，优先级最低。例如，表达式“sum *= 1 + 2”会先算“1 + 2”，再把得出的3和sum相乘并赋给sum。也就是说，“*=”的优先级并不会因为以乘号开头就比加号高，而是被当作了一种赋值操作。

   Ⅱ、结合性

一般情况下，同级的操作符都是从左往右结合的。但是，前面说了，以冒号结尾的中缀操作符的调用对象在右侧，所以这些操作符是从右往左结合的。例如，“a + b + c + d”的结合顺序是“((a + b) + c) + d”，而“a ::: b ::: c ::: d”的结合顺序则是“a ::: (b ::: (c ::: d))”。

一个好的编程习惯是让代码简洁易懂，不造成歧义。所以，在操作符的结合顺序不能一眼就看明白时，最好加上圆括号来表示前后顺序，即使不加圆括号也能得到预期的结果。例如，想要得到“x + y << z”的默认结果，最好写成“(x + y) << z”，以便阅读。

四、预设操作符

Scala预设了常用的算术、逻辑运算的操作符，总结如下：

Scala的操作符

+	算术加法
-	算术减法
*	算术乘法
/	算术除法
%	算术取余
>	大于
<	小于
>=	大于等于
<=	小于等于
==	等于
!=	不等于
&&、&	逻辑与，前者短路，后者不短路
||、|	逻辑或，前者短路，后者不短路
!	逻辑非
&	位与
|	位或
^	位异或
~	位取反
>>	算术右移
<<	左移
>>>	逻辑右移

五、对象的相等性

在编程时，常常需要比较两个对象的相等性。其实相等性有两种：①自然相等性，也就是常见的相等性。只要字面上的值相等，就认为两个对象相等。②引用相等性。构造的对象常常会赋给一个变量，即让变量引用该对象。引用相等性用于比较两个变量是否引用了同一个对象，即是否指向JVM的堆里的同一个内存空间。如果两个变量引用了两个完全一样的对象，那么它们的自然相等性为true，但是引用相等性为false。

在Java里，这两种相等性都是由操作符“==”和“!=”比较的。Scala为了区分得更细致，也为了符合常规思维，只让“==”和“!=”比较自然相等性。这两个方法是所有类隐式继承来的，但是它们不能被子类重写。自定义类可能需要不同行为的相等性比较，因此可以重写隐式继承来的“equals”方法。实际上，“==”就是调用了equals方法，而“!=”就是对equals的结果取反。为了比较引用相等性，Scala提供了“eq”和“ne”方法，它们也是被所有类隐式继承的，且不可被子类重写。例如：

scala> val a = List(1, 0, -1)
a: List[Int] = List(1, 0, -1)

scala> val b = List(1, 0, -1)
b: List[Int] = List(1, 0, -1)

scala> val c = List(1, 0, 1)
c: List[Int] = List(1, 0, 1)

scala> val d = a
d: List[Int] = List(1, 0, -1)

scala> a == c
res0: Boolean = false

scala> a == b
res1: Boolean = true

scala> a equals b
res2: Boolean = true

scala> a eq b
res3: Boolean = false

scala> a eq d
res4: Boolean = true

六、总结

本章又进一步阐释了Scala追求的纯粹的面向对象，介绍了“操作符即方法”这个重要概念。这一概念对构建良好的DSL语言很重要，因为它使得不仅内建类型可以写成表达式，也让自定义的类在计算时可以写出自然的表达式风格。

关于对象相等性，这是一个较为复杂的概念。在自定义类里，如果要比较对象相等性，则不仅是简单地重写equals方法，还需要其他手段。这里不再赘述，如有必要，后续会继续讨论。

 

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