Классы типов

Класс типов (type class) — это абстрактный параметризованный тип, который позволяет добавлять новое поведение к любому закрытому типу данных без использования подтипов. Если вы пришли с Java, то можно думать о классах типов как о чем-то вроде java.util.Comparator[T].

В статье “Type Classes as Objects and Implicits” (2010 г.) обсуждаются основные идеи, лежащие в основе классов типов в Scala. Несмотря на то, что в статье используется более старая версия Scala, идеи актуальны и по сей день.

Этот стиль программирования полезен во многих случаях, например:

• выражение того, как тип, которым вы не владеете, например, из стандартной или сторонней библиотеки, соответствует такому поведению
• добавление поведения к нескольким типам без введения отношений подтипов между этими типами (например, когда один расширяет другой)

Классы типов — это трейты с одним или несколькими параметрами, реализации которых предоставляются в виде экземпляров given в Scala 3 или implicit значений в Scala 2.

Пример

Например, Show - хорошо известный класс типов в Haskell, и в следующем коде показан один из способов его реализации в Scala. Если предположить, что классы Scala не содержат метода toString, то можно определить класс типов Show, чтобы добавить это поведение к любому типу, который вы хотите преобразовать в пользовательскую строку.

Класс типов

Первым шагом в создании класса типов является объявление параметризованного trait, содержащего один или несколько абстрактных методов. Поскольку Showable содержит только один метод с именем show, он записывается так:

// класс типов
trait Showable[A] {
  def show(a: A): String
}

// класс типов
trait Showable[A]:
  extension (a: A) def show: String

Обратите внимание, что этот подход близок к обычному объектно-ориентированному подходу, когда обычно trait Show определяется следующим образом:

// a trait
trait Show {
  def show: String
}

// a trait
trait Show:
  def show: String

Следует отметить несколько важных моментов:

1. Классы типов, например, Showable принимают параметр типа A, чтобы указать, для какого типа мы предоставляем реализацию show; в отличие от классических трейтов, наподобие Show.
2. Чтобы добавить функциональность show к определенному типу A, классический трейт требует наследования A extends Show, в то время как для классов типов нам требуется реализация Showable[A].
3. В Scala 3, чтобы разрешить один и тот же синтаксис вызова метода в обоих случаях Showable, который имитирует синтаксис Show, мы определяем Showable.show как метод расширения.

Реализация конкретных экземпляров

Следующий шаг — определить, какие классы Showable должны работать в вашем приложении, а затем реализовать для них это поведение. Например, для реализации Showable следующего класса Person:

case class Person(firstName: String, lastName: String)

необходимо определить одно каноническое значение типа Showable[Person], т.е. экземпляр Showable для типа Person, как показано в следующем примере кода:

implicit val showablePerson: Showable[Person] = new Showable[Person] {
  def show(p: Person): String =
    s"${p.firstName} ${p.lastName}"
}

given Showable[Person] with
  extension (p: Person) def show: String =
    s"${p.firstName} ${p.lastName}"

Использование класса типов

Теперь вы можете использовать этот класс типов следующим образом:

val person = Person("John", "Doe")
println(showablePerson.show(person))

val person = Person("John", "Doe")
println(person.show)

Опять же, если бы в Scala не было метода toString, доступного для каждого класса, вы могли бы использовать эту технику, чтобы добавить поведение Showable к любому классу, который вы хотите преобразовать в String.

Написание методов, использующих класс типов

Как и в случае с наследованием, вы можете определить методы, которые используют Showable в качестве параметра типа:

def showAll[A](as: List[A])(implicit showable: Showable[A]): Unit =
  as.foreach(a => println(showable.show(a)))

showAll(List(Person("Jane"), Person("Mary")))

def showAll[A: Showable](as: List[A]): Unit =
  as.foreach(a => println(a.show))

showAll(List(Person("Jane"), Person("Mary")))

Класс типов с несколькими методами

Обратите внимание: если вы хотите создать класс типов с несколькими методами, исходный синтаксис выглядит следующим образом:

trait HasLegs[A] {
  def walk(a: A): Unit
  def run(a: A): Unit
}

trait HasLegs[A]:
  extension (a: A)
    def walk(): Unit
    def run(): Unit

Пример из реального мира

В качестве примера из реального мира, как классы типов используются в Scala 3, см. обсуждение CanEqual в разделе Multiversal Equality.