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從Java走進(jìn)Scala:構(gòu)建計(jì)算器 case類和模式匹配

開發(fā) 后端
特定于領(lǐng)域的語言已經(jīng)成為一個(gè)熱門話題;很多函數(shù)性語言之所以受歡迎,主要是因?yàn)樗鼈兛梢杂糜跇?gòu)建特定于領(lǐng)域的語言。鑒于此,本文將著手構(gòu)建一個(gè)簡單的計(jì)算器 DSL,以此來展示函數(shù)性語言的構(gòu)建 “外部” DSL 的強(qiáng)大功能。作者研究了 Scala 的一個(gè)新的特性:case類,并重新審視一個(gè)功能強(qiáng)大的特性:模式匹配。

上個(gè)月的文章發(fā)表后,我又收到了一些抱怨/評論,說我迄今為止在本系列中所用的示例都沒涉及到什么實(shí)質(zhì)性的問題。當(dāng)然在學(xué)習(xí)一個(gè)新語言的初期使用一些小例子是很合理的,而讀者想要看到一些更 “現(xiàn)實(shí)的” 示例,從而了解語言的深層領(lǐng)域和強(qiáng)大功能以及其優(yōu)勢,這也是理所當(dāng)然的。因此,在這個(gè)月的文章中,我們來分兩部分練習(xí)構(gòu)建特定于領(lǐng)域的語言(DSL)— 本文以一個(gè)小的計(jì)算器語言為例。

特定于領(lǐng)域的語言

可能您無法(或沒有時(shí)間)承受來自于您的項(xiàng)目經(jīng)理給您的壓力,那么讓我直接了當(dāng)?shù)卣f吧:特定于領(lǐng)域的語言無非就是嘗試(再一次)將一個(gè)應(yīng)用程序的功能放在它該屬于的地方 — 用戶的手中。

通過定義一個(gè)新的用戶可以理解并直接使用的文本語言,程序員成功擺脫了不停地處理 UI 請求和功能增強(qiáng)的麻煩,而且這樣還可以使用戶能夠自己創(chuàng)建腳本以及其他的工具,用來給他們所構(gòu)建的應(yīng)用程序創(chuàng)建新的行為。雖然這個(gè)例子可能有點(diǎn)冒險(xiǎn)(或許會惹來幾封抱怨的電子郵件),但我還是要說,DSL 的最成功的例子就是 Microsoft® Office Excel “語言”,用于表達(dá)電子表格單元格的各種計(jì)算和內(nèi)容。甚至有些人認(rèn)為 SQL 本身就是 DSL,但這次是一個(gè)旨在與關(guān)系數(shù)據(jù)庫相交互的語言(想象一下如果程序員要通過傳統(tǒng) API read()/write() 調(diào)用來從 Oracle 中獲取數(shù)據(jù)的話,那將會是什么樣子)。

這里構(gòu)建的 DSL 是一個(gè)簡單的計(jì)算器語言,用于獲取并計(jì)算數(shù)學(xué)表達(dá)式。其實(shí),這里的目標(biāo)是要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)小型語言,這個(gè)語言能夠允許用戶來輸入相對簡單的代數(shù)表達(dá)式,然后這個(gè)代碼來為它求值并產(chǎn)生結(jié)果。為了盡量簡單明了,該語言不會支持很多功能完善的計(jì)算器所支持的特性,但我不也不想把它的用途限定在教學(xué)上 — 該語言一定要具備足夠的可擴(kuò)展性,以使讀者無需徹底改變該語言就能夠?qū)⑺米饕粋€(gè)功能更強(qiáng)大的語言的核心。這意味著該語言一定要可以被輕易地?cái)U(kuò)展,并要盡量保持封裝性,用起來不會有任何的阻礙。

換句話說,(最終的)目標(biāo)是要允許客戶機(jī)編寫代碼,以達(dá)到如下的目的:

清單 1. 計(jì)算器 DSL:目標(biāo)

  1. // This is Java using the Calculator  
  2. String s = "((5 * 10) + 7)";  
  3. double result = com.tedneward.calcdsl.Calculator.evaluate(s);  
  4. System.out.println("We got " + result); // Should be 57 

我們不會在一篇文章完成所有的論述,但是我們在本篇文章中可以學(xué)習(xí)到一部分內(nèi)容,在下一篇文章完成全部內(nèi)容。

從實(shí)現(xiàn)和設(shè)計(jì)的角度看,可以從構(gòu)建一個(gè)基于字符串的解析器來著手構(gòu)建某種可以 “挑選每個(gè)字符并動(dòng)態(tài)計(jì)算” 的解析器,這的確***誘惑力,但是這只適用于較簡單的語言,而且其擴(kuò)展性不是很好。如果語言的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)簡單的擴(kuò)展性,那么在深入研究實(shí)現(xiàn)之前,讓我們先花點(diǎn)時(shí)間想一想如何設(shè)計(jì)語言。

根據(jù)那些基本的編譯理論中最精華的部分,您可以得知一個(gè)語言處理器(包括解釋器和編譯器)的基本運(yùn)算至少由兩個(gè)階段組成:

解析器,用于獲取輸入的文本并將其轉(zhuǎn)換成 Abstract Syntax Tree(AST)。

代碼生成器(在編譯器的情況下),用于獲取 AST 并從中生成所需字節(jié)碼;或是求值器(在解釋器的情況下),用于獲取 AST 并計(jì)算它在 AST 里面所發(fā)現(xiàn)的內(nèi)容。
擁有 AST 就能夠在某種程度上優(yōu)化結(jié)果樹,如果意識到這一點(diǎn)的話,那么上述區(qū)別的原因就變得更加顯而易見了;對于計(jì)算器,我們可能要仔細(xì)檢查表達(dá)式,找出可以截去表達(dá)式的整個(gè)片段的位置,諸如在乘法表達(dá)式中運(yùn)算數(shù)為 “0” 的位置(它表明無論其他運(yùn)算數(shù)是多少,運(yùn)算結(jié)果都會是 “0”)。

您要做的***件事是為計(jì)算器語言定義該 AST。幸運(yùn)的是,Scala 有 case 類:一種提供了豐富數(shù)據(jù)、使用了非常薄的封裝的類,它們所具有的一些特性使它們很適合構(gòu)建 AST。

關(guān)于 DSL 的更多信息

DSL 這個(gè)主題的涉及面很廣;它的豐富性和廣泛性不是本文的一個(gè)段落可以描述得了的。想要了解更多 DSL 信息的讀者可以查閱本文末尾列出的 Martin Fowler 的 “正在進(jìn)展中的圖書”;特別要注意關(guān)于 “內(nèi)部” 和 “外部” DSL 之間的討論。Scala 以其靈活的語法和強(qiáng)大的功能而成為***有力的構(gòu)建內(nèi)部和外部 DSL 的語言。更加具體的介紹,可參考51CTO之前發(fā)布的DSL領(lǐng)域特定語言初探一文。

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case類

在深入到 AST 定義之前,讓我先簡要概述一下什么是 case類。case類是使 scala 程序員得以使用某些假設(shè)的默認(rèn)值來創(chuàng)建一個(gè)類的一種便捷機(jī)制。例如,當(dāng)編寫如下內(nèi)容時(shí):

清單 2. 對 person 使用 case類

  1. case class Person(first:String, last:String, age:Int)  
  2. {  
  3.  

Scala 編譯器不僅僅可以按照我們對它的期望生成預(yù)期的構(gòu)造函數(shù) — Scala 編譯器還可以生成常規(guī)意義上的 equals()、toString() 和 hashCode() 實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上,這種 case類很普通(即它沒有其他的成員),因此 case 類聲明后面的大括號的內(nèi)容是可選的:

清單 3. 世界上最短的類清單

  1. case class Person(first:String, last:String, age:Int) 

這一點(diǎn)通過我們的老朋友 javap 很容易得以驗(yàn)證:

清單 4. 神圣的代碼生成器,Batman!

  1. C:\Projects\Exploration\Scala>javap Person  
  2. Compiled from "case.scala" 
  3. public class Person extends java.lang.Object implements scala.ScalaObject,scala.  
  4. Product,java.io.Serializable{  
  5.     public Person(java.lang.String, java.lang.String, int);  
  6.     public java.lang.Object productElement(int);  
  7.     public int productArity();  
  8.     public java.lang.String productPrefix();  
  9.     public boolean equals(java.lang.Object);  
  10.     public java.lang.String toString();  
  11.     public int hashCode();  
  12.     public int $tag();  
  13.     public int age();  
  14.     public java.lang.String last();  
  15.     public java.lang.String first();  

如您所見,伴隨 case 類發(fā)生了很多傳統(tǒng)類通常不會引發(fā)的事情。這是因?yàn)?case 類是要與 Scala 的模式匹配(在 “集合類型” 中曾簡短分析過)結(jié)合使用的。

使用 case 類與使用傳統(tǒng)類有些不同,這是因?yàn)橥ǔK鼈兌疾皇峭ㄟ^傳統(tǒng)的 “new” 語法構(gòu)造而成的;事實(shí)上,它們通常是通過一種名稱與類相同的工廠方法來創(chuàng)建的:

清單 5. 沒有使用 new 語法?

  1. object App  
  2. {  
  3.   def main(args : Array[String]) : Unit =  
  4.   {  
  5.     val ted = Person("Ted""Neward"37)  
  6.   }  

case 類本身可能并不比傳統(tǒng)類有趣,或者有多么的與眾不同,但是在使用它們時(shí)會有一個(gè)很重要的差別。與引用等式相比,case 類生成的代碼更喜歡按位(bitwise)等式,因此下面的代碼對 Java 程序員來說有些有趣的驚喜:

清單 6. 這不是以前的類

  1. object App  
  2. {  
  3.   def main(args : Array[String]) : Unit =  
  4.   {  
  5.     val ted = Person("Ted""Neward"37)  
  6.     val ted2 = Person("Ted""Neward"37)  
  7.     val amanda = Person("Amanda""Laucher"27)  
  8.  
  9.     System.out.println("ted == amanda: " +  
  10.       (if (ted == amanda) "Yes" else "No"))  
  11.     System.out.println("ted == ted: " +  
  12.       (if (ted == ted) "Yes" else "No"))  
  13.     System.out.println("ted == ted2: " +  
  14.       (if (ted == ted2) "Yes" else "No"))  
  15.   }  
  16. }  
  17.  
  18. /*  
  19. C:\Projects\Exploration\Scala>scala App  
  20. ted == amanda: No  
  21. ted == ted: Yes  
  22. ted == ted2: Yes  
  23.  */ 

case 類的真正價(jià)值體現(xiàn)在模式匹配中,本系列的讀者可以回顧一下模式匹配(參見 本系列的第二篇文章,關(guān)于 Scala 中的各種控制構(gòu)造),模式匹配類似 Java 的 “switch/case”,只不過它的本領(lǐng)和功能更加強(qiáng)大。模式匹配不僅能夠檢查匹配構(gòu)造的值,從而執(zhí)行值匹配,還可以針對局部通配符(類似局部 “默認(rèn)值” 的東西)匹配值,case 還可以包括對測試匹配的保護(hù),來自匹配標(biāo)準(zhǔn)的值還可以綁定于局部變量,甚至符合匹配標(biāo)準(zhǔn)的類型本身也可以進(jìn)行匹配。

有了 case 類,模式匹配具備了更強(qiáng)大的功能,如清單 7 所示:

清單 7. 這也不是以前的 switch

  1. case class Person(first:String, last:String, age:Int);  
  2.  
  3. object App  
  4. {  
  5.   def main(args : Array[String]) : Unit =  
  6.   {  
  7.     val ted = Person("Ted""Neward"37)  
  8.     val amanda = Person("Amanda""Laucher"27)  
  9.  
  10.     System.out.println(process(ted))  
  11.     System.out.println(process(amanda))  
  12.   }  
  13.   def process(p : Person) =  
  14.   {  
  15.     "Processing " + p + " reveals that" +  
  16.     (p match  
  17.     {  
  18.       case Person(_, _, a) if a > 30 =>  
  19.         " they're certainly old." 
  20.       case Person(_, "Neward", _) =>  
  21.         " they come from good genes...." 
  22.       case Person(first, last, ageInYears) if ageInYears > 17 =>  
  23.         first + " " + last + " is " + ageInYears + " years old." 
  24.       case _ =>   
  25.         " I have no idea what to do with this person" 
  26.     })  
  27.   }  
  28. }  
  29.  
  30. /*  
  31. C:\Projects\Exploration\Scala>scala App  
  32. Processing Person(Ted,Neward,37) reveals that they're certainly old.  
  33. Processing Person(Amanda,Laucher,27) reveals that Amanda Laucher is 27 years old  
  34. .  
  35.  */ 

清單 7 中發(fā)生了很多操作。下面就讓我們先慢慢了解發(fā)生了什么,然后回到計(jì)算器,看看如何應(yīng)用它們。

首先,整個(gè) match 表達(dá)式被包裹在圓括號中:這并非模式匹配語法的要求,但之所以會這樣是因?yàn)槲野涯J狡ヅ浔磉_(dá)式的結(jié)果根據(jù)其前面的前綴串聯(lián)了起來(切記,函數(shù)性語言里面的任何東西都是一個(gè)表達(dá)式)。

其次,***個(gè) case 表達(dá)式里面有兩個(gè)通配符(帶下劃線的字符就是通配符),這意味著該匹配將會為符合匹配的 Person 中那兩個(gè)字段獲取任何值,但是它引入了一個(gè)局部變量 a,p.age 中的值會綁定在這個(gè)局部變量上。這個(gè) case 只有在同時(shí)提供的起保護(hù)作用的表達(dá)式(跟在它后邊的 if 表達(dá)式)成功時(shí)才會成功,但只有***個(gè) Person 會這樣,第二個(gè)就不會了。第二個(gè) case 表達(dá)式在 Person 的 firstName 部分使用了一個(gè)通配符,但在 lastName 部分使用常量字符串 Neward 來匹配,在 age 部分使用通配符來匹配。

由于***個(gè) Person 已經(jīng)通過前面的 case 匹配了,而且第二個(gè) Person 沒有姓 Neward,所以該匹配不會為任何一個(gè) Person 而被觸發(fā)(但是,Person("Michael", "Neward", 15) 會由于***個(gè) case 中的 guard 子句失敗而轉(zhuǎn)到第二個(gè) case)。

第三個(gè)示例展示了模式匹配的一個(gè)常見用途,有時(shí)稱之為提取,在這個(gè)提取過程中,匹配對象 p 中的值為了能夠在 case 塊內(nèi)使用而被提取到局部變量中(***個(gè)、***一個(gè)和 ageInYears)。***的 case 表達(dá)式是普通 case 的默認(rèn)值,它只有在其他 case 表達(dá)式均未成功的情況下才會被觸發(fā)。

簡要了解了 case類和模式匹配之后,接下來讓我們回到創(chuàng)建計(jì)算器 AST 的任務(wù)上。

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計(jì)算器 AST

首先,計(jì)算器的 AST 一定要有一個(gè)公用基類型,因?yàn)閿?shù)學(xué)表達(dá)式通常都由子表達(dá)式組成;通過 “5 + (2 * 10)” 就可以很容易地看到這一點(diǎn),在這個(gè)例子中,子表達(dá)式 “(2 * 10)” 將會是 “+” 運(yùn)算的右側(cè)運(yùn)算數(shù)。

事實(shí)上,這個(gè)表達(dá)式提供了三種 AST 類型:

◆基表達(dá)式

◆承載常量值的 Number 類型

◆承載運(yùn)算和兩個(gè)運(yùn)算數(shù)的 BinaryOperator

想一下,算數(shù)中還允許將一元運(yùn)算符用作求負(fù)運(yùn)算符(減號),將值從正數(shù)轉(zhuǎn)換為負(fù)數(shù),因此我們可以引入下列基本 AST:

清單 8. 計(jì)算器 AST(src/calc.scala)

  1. package com.tedneward.calcdsl  
  2. {  
  3.   private[calcdsl] abstract class Expr  
  4.   private[calcdsl]  case class Number(value : Double) extends Expr  
  5.   private[calcdsl]  case class UnaryOp(operator : String, arg : Expr) extends Expr  
  6.   private[calcdsl]  case class BinaryOp(operator : String, left : Expr, right : Expr)  
  7.    extends Expr  

注意包聲明將所有這些內(nèi)容放在一個(gè)包(com.tedneward.calcdsl)中,以及每一個(gè)類前面的訪問修飾符聲明表明該包可以由該包中的其他成員或子包訪問。之所以要注意這個(gè)是因?yàn)樾枰獡碛幸幌盗锌梢詼y試這個(gè)代碼的 JUnit 測試;計(jì)算器的實(shí)際客戶機(jī)并不一定非要看到 AST。因此,要將單元測試編寫成 com.tedneward.calcdsl 的一個(gè)子包:

清單 9. 計(jì)算器測試(testsrc/calctest.scala)

  1. package com.tedneward.calcdsl.test  
  2. {  
  3.   class CalcTest  
  4.   {  
  5.     import org.junit._, Assert._  
  6.       
  7.     @Test def ASTTest =  
  8.     {  
  9.       val n1 = Number(5)  
  10.  
  11.       assertEquals(5, n1.value)  
  12.     }  
  13.       
  14.     @Test def equalityTest =  
  15.     {  
  16.       val binop = BinaryOp("+", Number(5), Number(10))  
  17.         
  18.       assertEquals(Number(5), binop.left)  
  19.       assertEquals(Number(10), binop.right)  
  20.       assertEquals("+", binop.operator)  
  21.     }  
  22.   }  
  23. }  

到目前為止還不錯(cuò)。我們已經(jīng)有了 AST。

再想一想,我們用了四行 Scala 代碼構(gòu)建了一個(gè)類型分層結(jié)構(gòu),表示一個(gè)具有任意深度的數(shù)學(xué)表達(dá)式集合(當(dāng)然這些數(shù)學(xué)表達(dá)式很簡單,但仍然很有用)。與 Scala 能夠使對象編程更簡單、更具表達(dá)力相比,這不算什么(不用擔(dān)心,真正強(qiáng)大的功能還在后面)。

接下來,我們需要一個(gè)求值函數(shù),它將會獲取 AST,并求出它的數(shù)字值。有了模式匹配的強(qiáng)大功能,編寫這樣的函數(shù)簡直輕而易舉:

清單 10. 計(jì)算器(src/calc.scala)

  1. package com.tedneward.calcdsl  
  2. {  
  3.   // ...  
  4.  
  5.   object Calc  
  6.   {  
  7.     def evaluate(e : Expr) : Double =  
  8.     {  
  9.       e match {  
  10.         case Number(x) => x  
  11.         case UnaryOp("-", x) => -(evaluate(x))  
  12.         case BinaryOp("+", x1, x2) => (evaluate(x1) + evaluate(x2))  
  13.         case BinaryOp("-", x1, x2) => (evaluate(x1) - evaluate(x2))  
  14.         case BinaryOp("*", x1, x2) => (evaluate(x1) * evaluate(x2))  
  15.         case BinaryOp("/", x1, x2) => (evaluate(x1) / evaluate(x2))  
  16.       }  
  17.     }  
  18.   }  
  19. }  

注意 evaluate() 返回了一個(gè) Double,它意味著模式匹配中的每一個(gè) case 都必須被求值成一個(gè) Double 值。這個(gè)并不難:數(shù)字僅僅返回它們的包含的值。但對于剩余的 case(有兩種運(yùn)算符),我們還必須在執(zhí)行必要運(yùn)算(求負(fù)、加法、減法等)前計(jì)算運(yùn)算數(shù)。正如常在函數(shù)性語言中所看到的,會使用到遞歸,所以我們只需要在執(zhí)行整體運(yùn)算前對每一個(gè)運(yùn)算數(shù)調(diào)用 evaluate() 就可以了。

大多數(shù)忠實(shí)于面向?qū)ο蟮木幊倘藛T會認(rèn)為在各種運(yùn)算符本身以外 執(zhí)行運(yùn)算的想法根本就是錯(cuò)誤的 — 這個(gè)想法顯然大大違背了封裝和多態(tài)性的原則。坦白說,這個(gè)甚至不值得討論;這很顯然違背 了封裝原則,至少在傳統(tǒng)意義上是這樣的。

在這里我們需要考慮的一個(gè)更大的問題是:我們到底從哪里封裝代碼?要記住 AST 類在包外是不可見的,還有就是客戶機(jī)(最終)只會傳入它們想求值的表達(dá)式的一個(gè)字符串表示。只有單元測試在直接與 AST case 類合作。

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但這并不是說所有的封裝都沒有用了或過時(shí)了。事實(shí)上恰好相反:它試圖說服我們在對象領(lǐng)域所熟悉的方法之外,還有很多其他的設(shè)計(jì)方法也很奏效。不要忘了 Scala 兼具對象和函數(shù)性;有時(shí)候 Expr 需要在自身及其子類上附加其他行為(例如,實(shí)現(xiàn)良好輸出的 toString 方法),在這種情況下可以很輕松地將這些方法添加到 Expr。函數(shù)性和面向?qū)ο蟮慕Y(jié)合提供了另一種選擇,無論是函數(shù)性編程人員還是對象編程人員,都不會忽略到另一半的設(shè)計(jì)方法,并且會考慮如何結(jié)合兩者來達(dá)到一些有趣的效果。

從設(shè)計(jì)的角度看,有些其他的選擇是有問題的;例如,使用字符串來承載運(yùn)算符就有可能出現(xiàn)小的輸入錯(cuò)誤,最終會導(dǎo)致結(jié)果不正確。在生產(chǎn)代碼中,可能會使用(也許必須使用)枚舉而非字符串,使用字符串的話就意味著我們可能潛在地 “開放” 了運(yùn)算符,允許調(diào)用出更復(fù)雜的函數(shù)(諸如 abs、sin、cos、tan 等)乃至用戶定義的函數(shù);這些函數(shù)是基于枚舉的方法很難支持的。

對所有設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的來說,都不存在一個(gè)適當(dāng)?shù)臎Q策方法,只能承擔(dān)后果。后果自負(fù)。

但是這里可以使用一個(gè)有趣的小技巧。某些數(shù)學(xué)表達(dá)式可以簡化,因而(潛在地)優(yōu)化了表達(dá)式的求值(因此展示了 AST 的有用性):

◆任何加上 “0” 的運(yùn)算數(shù)都可以被簡化成非零運(yùn)算數(shù)。

◆任何乘以 “1” 的運(yùn)算數(shù)都可以被簡化成非零運(yùn)算數(shù)。

◆任何乘以 “0” 的運(yùn)算數(shù)都可以被簡化成零。

不止這些。因此我們引入了一個(gè)在求值前執(zhí)行的步驟,叫做 simplify(),使用它執(zhí)行這些具體的簡化工作:

清單 11. 計(jì)算器(src/calc.scala)

  1. def simplify(e : Expr) : Expr =  
  2. {  
  3.   e match {  
  4.     // Double negation returns the original value  
  5.     case UnaryOp("-", UnaryOp("-", x)) => x  
  6.     // Positive returns the original value  
  7.     case UnaryOp("+", x) => x  
  8.     // Multiplying x by 1 returns the original value  
  9.     case BinaryOp("*", x, Number(1)) => x  
  10.     // Multiplying 1 by x returns the original value  
  11.     case BinaryOp("*", Number(1), x) => x  
  12.     // Multiplying x by 0 returns zero  
  13.     case BinaryOp("*", x, Number(0)) => Number(0)  
  14.     // Multiplying 0 by x returns zero  
  15.     case BinaryOp("*", Number(0), x) => Number(0)  
  16.     // Dividing x by 1 returns the original value  
  17.     case BinaryOp("/", x, Number(1)) => x  
  18.     // Adding x to 0 returns the original value  
  19.     case BinaryOp("+", x, Number(0)) => x  
  20.     // Adding 0 to x returns the original value  
  21.     case BinaryOp("+", Number(0), x) => x  
  22.     // Anything else cannot (yet) be simplified  
  23.     case _ => e  
  24.   }  

還是要注意如何使用模式匹配的常量匹配和變量綁定特性,從而使得編寫這些表達(dá)式可以易如反掌。對 evaluate() 惟一一個(gè)更改的地方就是包含了在求值前先簡化的調(diào)用:

清單 12. 計(jì)算器(src/calc.scala)

  1. def evaluate(e : Expr) : Double =  
  2. {  
  3.   simplify(e) match {  
  4.     case Number(x) => x  
  5.     case UnaryOp("-", x) => -(evaluate(x))  
  6.     case BinaryOp("+", x1, x2) => (evaluate(x1) + evaluate(x2))  
  7.     case BinaryOp("-", x1, x2) => (evaluate(x1) - evaluate(x2))  
  8.     case BinaryOp("*", x1, x2) => (evaluate(x1) * evaluate(x2))  
  9.     case BinaryOp("/", x1, x2) => (evaluate(x1) / evaluate(x2))  
  10.   }  

還可以再進(jìn)一步簡化;注意一下:它是如何實(shí)現(xiàn)只簡化樹的***層的?如果我們有一個(gè)包含 BinaryOp("*", Number(0), Number(5)) 和 Number(5) 的 BinaryOp 的話,那么內(nèi)部的 BinaryOp 就可以被簡化成 Number(0),但外部的 BinaryOp 也會如此,這是因?yàn)榇藭r(shí)外部 BinaryOp 的其中一個(gè)運(yùn)算數(shù)是零。

我突然犯了作家的職業(yè)病了,所以我想將它留予讀者來定義。其實(shí)是想增加點(diǎn)趣味性罷了。如果讀者愿意將他們的實(shí)現(xiàn)發(fā)給我的話,我將會把它放在下一篇文章的代碼分析中。將會有兩個(gè)測試單元來測試這種情況,并會立刻失敗。您的任務(wù)(如果您選擇接受它的話)是使這些測試 — 以及其他任何測試,只要該測試采取了任意程度的 BinaryOp 和 UnaryOp 嵌套 — 通過。

結(jié)束語

顯然我還沒有說完;還有分析的工作要做,但是計(jì)算器 AST 已經(jīng)成形。我們無需作出大的變動(dòng)就可以添加其他的運(yùn)算,運(yùn)行 AST 也無需大量的代碼(按照 Gang of Four 的 Visitor 模式),而且我們已經(jīng)有了一些執(zhí)行計(jì)算本身的工作代碼(如果客戶機(jī)愿意為我們構(gòu)建用于求值的代碼的話)。

更重要的是,您已經(jīng)看到了 case 類是如何與模式匹配合作,使得創(chuàng)建 AST 并對其求值變得輕而易舉。這是 Scala 代碼(以及大多數(shù)函數(shù)性語言)很常用的設(shè)計(jì),而且如果您準(zhǔn)備認(rèn)真地研究這個(gè)環(huán)境的話,這是您應(yīng)當(dāng)掌握的內(nèi)容之一。

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責(zé)任編輯:yangsai 來源: IBMDW
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