本專題側(cè)重介紹 Scala 的 case class 和 pattern matching （模式匹配），這倆個兩個程序結(jié)構(gòu)對于處理樹結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)非常有幫助。 Scala 的 case class 使得對對象進行模式匹配變得非常方便，簡單的來說，Scala 的 case clas s就是在普通的類定義前加 case 這個關(guān)鍵字，然后你可以對這些類來模式匹配。

在我們詳細介紹 Scala 的 Case class 和模式匹配之前，我們可以通過一個簡單的例子來說明一些基本概念。我們設(shè)計一個函數(shù)庫，這個函數(shù)庫可以用來計算算術(shù)表達式，為簡單起見，我們設(shè)計的算術(shù)表達式只側(cè)重于變量，數(shù)字，單操作符，和雙操作符。我們可以采用如下的 Scala 類定義：

    abstract class Expr
    case class Var(name:String) extends Expr
    case class Number(num:Double) extends Expr
    case class UnOp(operator:String, arg:Expr) extends Expr
    case class BinOp(operator:String,left:Expr,right:Expr) extends Expr

這里我們定義了一個抽象類 Expr 和四個子類（分別代表變量，數(shù)值，單操作符，雙操作符），Scala 允許我們不定義類的實現(xiàn)，實際我們是 class C 和 class C {} 是等價的。

case classes

我們可以看到上面的四個子類定義前面我們使用了 case 關(guān)鍵字，使用了 case 關(guān)鍵字的類定義就是case classes。使用這個關(guān)鍵字，Scala 編譯器會自動為你定義的類生成一些成員。

首先，編譯器為 case class 生成一個同名的對象構(gòu)造器（Factory Method），也就是你可以使用 Var(“x”) 來創(chuàng)建一個類的實例，而無需使用 new Var(“x”)。

    scala> val x = Var("x")
    x: Var = Var(x)

這個構(gòu)造器在嵌套使用時顯得非常簡潔明了，比如我們構(gòu)建如下的表達式，這種寫法避免了很多 new 的使用。

    scala> val op=BinOp("+",Number(1),x)
    op: BinOp = BinOp(+,Number(1.0),Var(x))

其次，Scala 編譯器為 case class 的構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)創(chuàng)建以參數(shù)名為名稱的屬性，比如 Val 的類的參數(shù) name:String 可以直接通過 .name 訪問，比如：

    scala> x.name
    res1: String = x

第三，編譯器為 case class 構(gòu)造了更自然的 toString，hashCode 和 equals 實現(xiàn)，它們會遞歸打印，比較 case class 的參數(shù)屬性。比如：

    scala> println(op)
    BinOp(+,Number(1.0),Var(x))

    scala> op.right == Var("x")
    res3: Boolean = true

最后一點，Scala 編譯器為 case class 添加了一個 Copy 方法，這個 copy 方法可以用來構(gòu)造類對象的一個可以修改的拷貝。這對于使用已有的對象構(gòu)造一個新實例非常方便，你只要修新創(chuàng)建實例的某些參數(shù)即可。 比如我們想創(chuàng)建一個和 op 類似的新的實例，只想修改+為-,可以使用：

    scala> op.copy(operator="-")
    res4: BinOp = BinOp(-,Number(1.0),Var(x))

以上這些慣例帶來了很多便利，這些便利也需要一些小小的代價，就是需要在 class 前面使用 case 關(guān)鍵字，而構(gòu)造后的類由于自動添加了一些方法而變大了些。case class 帶來的最大的好處是它們支持模式識別。

Pattern matching

比如說你需要簡化表達式的表示方法，這里給出一個簡單的規(guī)則：

    UnOp(“-“,Unop(“-“,e)) => e//負負得正  
    BinOp(“+”,e,Number(0)) => e//和0加  
    BinOp（”*”,e,Number(1)) => e //和1乘  

使用模式匹配，在Scala我們幾乎和使用和上面規(guī)則非常類似的代碼來實現(xiàn)表達式的簡化：

    scala> def simplifyTop(expr :Expr) :Expr = expr match {
     |   case UnOp("-",UnOp("-",e))=>e
     |   case BinOp("+",e,Number(0))=>e
     |   case BinOp("*",e,Number(1))=>e
     |   case _ => expr
     | 
     | }
    simplifyTop: (expr: Expr)Expr

    scala> simplifyTop(UnOp("-",UnOp("-",Var("x"))))
    res6: Expr = Var(x)

    scala> 

simplifyTop 定義使用了 match 表達式，它對應(yīng) Java 的 switch 語句，但它的語法和 switch 不同，它的 selector 在 match 前面：

selector match { alternatives}

一個模式匹配由多個可選項組成，沒個選項由 case 開始，每個選項定義一個模式，每個模式對應(yīng)一個表達式，表達式應(yīng)用到當(dāng)模式匹配的時候。模式和表達式之間使用=>分隔。

一個 match 表達式的結(jié)果取決于第一個匹配的可選項，當(dāng)該項模式匹配時，該模式 => 后的表達式被選中然后計算該表達式的值。

一個常量模式，比如本例中的 “+” 和 “0” ，匹配對應(yīng)的常數(shù)，一個變量模式比如 e，可以匹配任意的值。然后=>右邊的表示式可以應(yīng)用這個變量，“_”為通配符，可以匹配任意的值。

構(gòu)造器模式，比如 UnOp(“-“,e)，可以匹配 UnOp 類型的值，這個 UnOp 的第一個參數(shù)為”-“，第二個參數(shù)可以為任意。

和 Java 的 switch 語句比較，Scala 的 match 有以下幾個不同點：

• match 為一表達式，有返回結(jié)果，其返回結(jié)果為匹配項表示式的值。
• match 的選項沒有 break,也不會自動匹配下一個選項（ no fall through )。
• 如果沒有一個選項匹配，那么將拋出 MatchError 異常，這意味著你必須保證考慮到 Match 的所有的選項，因此可能你需要添加一個缺省選項。