Scala和设计模式

一起学习

在当前软件设计中最流行的要算GoF这本书中提出的各种设计模式。很多人认为，设计模式对于程序语言(特别是c /Java)本身的不足之处或多或少有一些弥补，不过如果语言足够强大，模式也许没有必要。

下面Peter Norvig的一个例子就非常有代表性。在有些语言中，使用设计模式在使代码变得自然和简洁，但是模式本身使用方便性也很重要。不妨让我们来看看Scala(一种类似Ruby/Lisp之类的语言，它一定程度上降低了模式实现的繁琐)中常用的一些模式。

1.Singleton(单体模式)

单体模式是一种非常频繁使用到的模式。尽管它是一种最简单的模式，而要在Java语言中实现的纯粹的单体模式却是异常困难。尤其是涉及到著名的double-checked locking 等问题。然而，对于Scala语言，一点也不难。可以说，你只是需要创建一个单体模式的Registry对象。按下面步骤：
object Registry {
def getEntry(): Entry {
}
//Other fields/methods
}
//Create and use the singleton
val entry = Registry.getEntry

这样就行了，唯一的区别是定义一个普通类时使用关键词‘object’而不是‘class’。如果你需要映射回到Java语言，只需要定义一个所有域/方法都是static的类。

2.Strategy(策略模式)

对于把函数功能用一组对象来实现或者带有截止功能的语言来说，策略模式是一个明显的选择。下面以‘征税’为例：

trait TaxPayer
case class Employee(sal: Long) extends TaxPayer
case class NonProfitOrg(funds: BigInt) extends TaxPayer

//Consider a generic tax calculation function. (It can be in TaxPayer also).
def calculateTax[T <: TaxPayer](victim: T, taxingStrategy: (T => long)) = {
taxingStrategy(victim)
}

val employee = new Employee(1000)
//A strategy to calculate tax for employees
def empStrategy(e: Employee) = Math.ceil(e.sal * .3) toLong
calculateTax(employee, empStrategy)

val npo = new NonProfitOrg(100000000)
//The tax calculation strategy for npo is trivial, so we can inline it
calculateTax(nonProfit, ((t: TaxPayer) => 0)

3.Factory(工厂模式)

工厂模式是针对那种对象构造函数不能返回仲裁对象的情况的。 如果你调用对象A的构造函数生成对象，

你得到的是一个对象A。如果你需要其它不同类型的对象，一般创建一个单体工厂。在Scala语言中你也要做这样的事，但是实现的方式更为优雅：

object Car {
def apply(String type) {
type match {
case "Race" => new RaceCar();
case "Normal" => new NormalCar();
case _ => throw new Exception;
}
}
}
//And you can create cars like:
val myCar = Car("Race")
//instead of more verbose
//Car myCar = CarFactory.getInstance().createCar("Ferrari");
基本上，这样你可以利用这个方式，看起来就像一个构造函数调用一个单体对象。

4.Vistor(访问者模式)

访问者模式被许多人认为是有害的，但是它有自己的价值。让我们来看看在Java中典型的使用访问者模式的例子：

abstract class Expression {
...
public void accept(Visitor v);
}

class Identifier extends Expression {
}
class Sum extends Expression {
}
..

class Visitor {
public void visit(Identifier i) { }
public void visit(Sum s) { }
}

典型的Java样本代码如你所熟悉的那样。在Scala语言中，利用模式匹配你可以达到同样的效果：
trait Expression {
...
}

case class Identifier(value: Int) extends Expression {
}
case class Sum extends Expression {
}

object EvalVisitor {
def visit(expr: Expression): Int = expr match {
case (Identifier(v)) => v
case (Sum(e1, e2)) => visit(e1) visit(e2)
}
}

但是这种模式匹配的代码具有更大的灵活性。

5.Decorator(装饰模式)

最后来看一下装饰模式，既然Scala支持mixins和隐式转换，装饰模式也是简单和自然的。在概念上，有两个途径可以用来给一个对象加入新的功能以扩展现有功能。你可以使用隐式转换，也考虑使用Scala的标准库中的RichInt类，只需要下面的操作：

val range1to10 = 1 to 10
在Scala语言中是调用to把1转换为10。但是在Int类中没有to方法。它怎么处理呢？ Scala公司有一个新的概念叫做implicits，来调用你的库。某种程度上，这其实是Ruby的公开类。这是个有趣的事，你可以在任意地方读取它。对我们来说，这里预先包含了一个隐式的转换。Mixins也可以很好的扩展你的类功能。下面考虑一个典型的阅读方面的接口：

trait Reader {
type T
def read: T
}

trait SynchronizedReader extends Reader {
abstract override def read: T = synchronized(super.next)
}

trait BufferedReader extends Reader {
abstract override def read: T = {
//buffering code
super.read
}
}

//A concrete implementation
class FileReader extends Reader {
type T = char
def read: char = ..
}

//Now we can mix in stuff that we need
//Create a FileReader
val f = new FileReader
//create a fileReader which is synchronized
val syncReader = new FileReader with SynchronizedReader
//create a fileReader which is synchronized and buffered
val bsReader = new FileReader with BufferedReader with SynchronizedReader

结论
设计模式是软件设计中很有用的一种指导方式。但是，大部分模式只是解决语言本身的问题，而不是关于设计方面的。要是你有一个好的语言方式，那么大部分的模式将变得无足轻重。比如，一个结构化的语言，虚方法和虚类的概念也是一种设计模式。如果你使用一种足够强大的语言，你需要的设计方式也会更高级。随着发展，它们越将演变为一种更高层次的抽象。

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