在Scala中键入类

Question

在Haskell有一个背景我目前正在尝试熟悉Scala.

我在尝试将一个小的,可扩展的表达式语言从Haskell转换为Scala时遇到了一些问题.编写可用新数据变量和操作扩展的数据类型的基本问题通常称为表达式问题.

我在Haskell中的原始解决方案使用带有约束的类型类和实例声明.我的表达式的基础定义如下:

module Expr where

class Expr e where
 eval :: e -> Integer

data Lit = Lit Integer
instance Expr Lit where
  eval (Lit l) = l

data Plus a b = (Expr a, Expr b) => Plus a b
instance (Expr a, Expr b) => Expr (Plus a b) where
  eval (Plus x y) = (eval x) + (eval y)

然后,我有一个数据扩展,增加了乘法:

module ExprWithMul where
import Expr

data Mul a b = (Expr a, Expr b) =>  Mul a b
instance (Expr a, Expr b) => Expr (Mul a b) where
  eval (Mul x y) = (eval x) * (eval y)

让我们将漂亮的打印机作为操作扩展:

module FormatExpr where
import Expr

class (Expr t) => FormatExpr t where
  format :: t -> String

instance FormatExpr Lit where
  format (Lit l) = show l

instance (FormatExpr a, FormatExpr b) => FormatExpr (Plus a b) where
  format (Plus x y) = "(" ++ (format x) ++ "+" ++ (format y) ++ ")"

最后,在第四个模块中,可以组合两个独立的扩展:

module FormatExprWithMult where
import FormatExpr
import ExprWithMul

instance (FormatExpr a, FormatExpr b) => FormatExpr (Mul a b) where
  format (Mul x y) = "(" ++ (format x) ++ "*" ++ (format y) ++ ")"

现在我的问题:通常来自haskell的类型被转换为带有Scala中含义的概念模式.这是我得到了多远:

abstract class Expr[A] { // this corresponds to a type class
  def eval(e:A): Int;
}

case class Lit(v: Int)
implicit object ExprLit extends Expr[Lit] {
 def eval(e: Lit) = x.v;
}
case class Plus[A,B] (e1: A, e2: B) (implicit c1: Expr[A], c2: Expr[B])

在这里,我坚持实现Plus的隐式对象.如何使用类型参数和约束声明隐式对象？

我知道Scala中有表达式问题的其他解决方案,但我特别对这个版本感兴趣.

谢谢大家阅读我有点冗长的问题.

Answer 1

第一次尝试(有缺陷):

case class Plus[A,B] (e1: A, e2: B) (implicit c1: Expr[A], c2: Expr[B]) {
    implicit object ExprPlus extends Expr[Plus[A, B]] { 
        def eval(p:Plus[A, B]) = c1.eval(p.e1) + c2.eval(p.e2)
    }
}

编辑1:

上面的功能不够强大(你不能添加两个Plus表达式),并且不需要在Pluscase类中定义隐式见证...请尝试这样做:

case class Plus[A,B] (e1: A, e2: B) (implicit val c1: Expr[A], c2: Expr[B])
implicit def ExprPlus[A, B](implicit c1: Expr[A], c2: Expr[B]) = 
    new Expr[Plus[A, B]] { 
        def eval(p:Plus[A, B]) = c1.eval(p.e1) + c2.eval(p.e2)
    }

编辑2:

这是一个(也许)稍微更惯用的版本:

case class Plus[A: Expr, B: Expr] (e1: A, e2: B)
implicit def ExprPlus[A: Expr, B: Expr] = new Expr[Plus[A, B]] {
    def eval(p:Plus[A, B]) = implicitly[Expr[A]].eval(p.e1) + 
                             implicitly[Expr[B]].eval(p.e2)
}

Answer 2

这是使用 Type 类在 Scala 中的表达式问题的完整实现

  trait Exp
  case class Lit(value: Int) extends Exp
  case class Add[A <: Exp, B <: Exp](left: A, right: B) extends Exp

Eval 类型类和隐式实现

  //type class
  trait Eval[E] {
    def eval(e: E): Int
  }

  implicit def litEval = new Eval[Lit] {
    def eval(l: Lit) = l.value
  }

  implicit def addEval[A <: Exp, B <: Exp](implicit e1: Eval[A], e2: Eval[B]) = new Eval[Add[A, B]] {
    def eval(a: Add[A, B]) = e1.eval(a.left) + e2.eval(a.right)
  }

让我们通过添加名为 Mult 的新类型来扩展解决方案

case class Mult[A <: Exp, B <: Exp](left: A, right: B) extends Exp

implicit def mulEval[A <: Exp, B <: Exp](implicit e1: Eval[A], e2: Eval[B]) = new Eval[Mult[A, B]] {
    def eval(m : Mult[A, B]) = e1.eval(m.left) * e2.eval(m.right)
}

现在可以像这样评估表达式

def expressionEvaluator[A <: Exp](exp: A)(implicit e : Eval[A]) = {
    e.eval(exp)
}

def main(args: Array[String]): Unit = {
   // (3 + 4) * 7
   val exp1 = Mult(Add(Lit(3), Lit(4)), Lit(7))
   println("" + expressionEvaluator(exp1))
}

让我们通过添加一个新的操作打印来扩展系统

  //type class
  trait Print[P] {
    def print(p: P): Unit
  }

  implicit def litPrint = new Print[Lit] {
    def print(l: Lit) = Console.print(l.value)
  }

  implicit def addPrint[A <: Exp, B <: Exp](implicit p1: Print[A], p2 : Print[B]) = new Print[Add[A, B]] {
    def print(a : Add[A, B]) = { p1.print(a.left); Console.print(" + "); p2.print(a.right); }
  }

  implicit def mulPrint[A <: Exp, B <: Exp](implicit p1: Print[A], p2: Print[B]) = new Print[Mult[A, B]] {
    def print(m : Mult[A, B]) = { p1.print(m.left); Console.print(" * "); p2.print(m.right) }
  }

定义打印表达式的新方法

def printExpressions[A <: Exp](exp : A)(implicit p : Print[A]) = {
    p.print(exp)
}

更新 main 方法以打印表达式

def main(args: Array[String]): Unit = {
    val exp1 = Mult(Add(Lit(3), Lit(4)), Lit(7))

    print("Expression : ")
    printExpressions(exp1)
    print(", Evaluated to : " + expressionEvaluator(exp1))
}

整个解决方案可以通过将代码包装在一个对象中来执行。