Scalaz（2）－ 基础篇：随意多态－typeclass, ad-hoc polymorphism

scalaz功能基本上由以下三部分组成：

1、新的数据类型，如：Validation, NonEmptyList ...

2、标准scala类型的延伸类型，如：OptionOps, ListOps ...

3、通过typeclass的随意多态（ad-hoc polymorphism）编程模式实现的大量概括性函数组件库

我们在这篇重点讨论多态（polymorphism），特别是随意多态（ad-hoc polymorphism）。

多态，简单来讲就是一项操作（operation）可以对任意类型施用。在OOP的世界里，我们可以通过以下各种方式来实现多态：

1、重载 Overloading

2、继承 Inheritance

3、模式匹配 Pattern-matching

4、特性 Traits/interfaces

5、类型参数 Type parameters

作为一种通用的组件库，scalaz是通过任意多态typeclass模式来实现软件模块之间的松散耦合（decoupling）.这样scalaz的用户就可以在不需要重新编译scalaz源代码的情况下对任何类型施用scalaz提供的函数功能了。

我们来分析一下各种实现多态的方式：

假如我们设计一个描述输入参数的函数：tell(t: some type): String

如：tell(c: Color) >>> "I am color Red"

tell(i: Int) >>> "I am Int 3"

tell(p: Person) >>> "I am Peter"

如果用Overloading：

 object overload {
  case class Color(descript: String)
  case class Person(name: String)

  def tell(c: Color) = "I am color "+ c.descript
  def tell(p: Person) = "I am "+ p.name
 }

我们看到用重载的话，除了相同的函数名称tell之外这两个函数没有任何其它关系。我们必须对每一个不同的类型提供一个独立的tell函数。这种方式没什么用，我们需要的是一个函数施用在不同的类型上。

再试试用继承Inheritance:

 trait Thing {
   def tell: String
 }
 class  Color(descript: String) extends Thing {
   override def tell: String = "I am color " + descript
 }
 class Person(name: String) extends Thing {
   override def tell: String = "I am " + name
 }

 new Color("RED").tell                             //> res0: String = I am color RED
 new Person("John").tell                           //> res1: String = I am John

这种方式更糟糕，tell和类有着更强的耦合。用户必须拥有这些类的源代码才能实现tell。试想如果这个类型是标准的Int怎么办。

用模式匹配pattern-matching呢?

 case class Color(descript: String)
 case class Person(name: String)
 def tell(x: Any): String = x match {
   case Color(descr) => "I am color " + descr
   case Person(name) => "I am " + name
   case i: Int => "I am Int "+i
   case _ => "unknown"
 }                                                 //> tell: (x: Any)String

 tell()                                          //> res0: String = I am Int 23
 tell(Color("RED"))                                //> res1: String = I am color RED
 tell(Person("Peter"))                             //> res2: String = I am Peter

Pattern-matching倒是可以把tell和类型分开。但是必须在tell里增加新的类型匹配，也就是说必须能控制tell的源代码。

现在再尝试用typeclass模式：typeclass模式是由trait加implicit组成。先看看trait:

 trait Tellable[T] {
   def tell(t: T): String
 }

这个trait Tellable代表的意思是把tell功能附加到任意类型T,但还未定义tell的具体功能。

如果用户想把tell附加给Color类型：

 trait Tellable[T] {
   def tell(t: T): String
 }
 case class Color(descript: String)
 case class Person(name: String)
 object colorTeller extends Tellable[Color] {
     def tell(t: Color): String = "I am color "+t.descript
 }

针对Color我们在object colorTeller里实现了tell。现在更概括的tell变成这样：

 def tell[T](t: T)(M: Tellable[T]) = {
     M.tell(t)
 }                                                 //> tell: [T](t: T)(M: scalaz.learn.demo.Tellable[T])String
 tell(Color("RED"))(colorTeller)                   //> res0: String = I am color RED

这个版本的tell增加了类型变量T、输入参数M，意思是对任何类型T，因为M可以对任何类型T施用tell，所以这个版本的tell可以在任何类型上施用。上面的例子调用了针对Color类型的tell。那么针对Person的tell我们再实现一个Tellable[Person]实例就行了吧：

 val personTeller = new Tellable[Person] {
     def tell(t: Person): String = "I am "+ t.name
 }                                                 //> personTeller  : scalaz.learn.demo.Tellable[scalaz.learn.demo.Person] = scala
                                                   //| z.learn.demo$$anonfun$main$1$$anon$1@13969fbe
 tell(Person("John"))(personTeller)                //> res1: String = I am John
 val intTeller = new Tellable[Int] {
     def tell(t: Int): String = "I am Int "+ t.toString
 }                                                 //> intTeller  : scalaz.learn.demo.Tellable[Int] = scalaz.learn.demo$$anonfun$ma
                                                   //| in$1$$anon$2@6aaa5eb0
 tell()(intTeller)                               //> res2: String = I am Int 43

如上，即使针对Int类型我们一样可以调用这个tell[T]。也既是说如果这个概括性的tell[T]是由其他人开发的某些组件库提供的，那么用户只要针对他所需要处理的类型提供一个tell实现实例，然后调用这个共享的tell[T]，就可以得到随意多态效果了。至于这个类型的实现细节或者源代码则不在考虑之列。

好了，现在我们可以用implicit来精简tell[T]的表达形式：

 def tell[T](t: T)(implicit M: Tellable[T]) = {
     M.tell(t)
 }                                                 //> tell: [T](t: T)(implicit M: scalaz.learn.demo.Tellable[T])String

也可以这样写：

 def tell[T : Tellable](t: T) = {
     implicitly[Tellable[T]].tell(t)
 }                                                 //> tell: [T](t: T)(implicit evidence$1: scalaz.learn.demo.Tellable[T])String

现在看看如何调用tell：

 implicit object colorTeller extends Tellable[Color] {
     def tell(t: Color): String = "I am color "+t.descript
 }

 tell(Color("RED"))                                //> res0: String = I am color RED

 implicit val personTeller = new Tellable[Person] {
     def tell(t: Person): String = "I am "+ t.name
 }                                                 //> personTeller  : scalaz.learn.demo.Tellable[scalaz.learn.demo.Person] = scala
                                                   //| z.learn.demo$$anonfun$main$1$$anon$1@3498ed
 tell(Person("John"))                              //> res1: String = I am John

 implicit val intTeller = new Tellable[Int] {
     def tell(t: Int): String = "I am Int "+ t.toString
 }                                                 //> intTeller  : scalaz.learn.demo.Tellable[Int] = scalaz.learn.demo$$anonfun$ma
                                                   //| in$1$$anon$2@1a407d53
 tell()                                          //> res2: String = I am Int 43

假如我忽然需要针对新的类型List[Color], 我肯定无须理会tell[T]，只要调用它就行了：

 implicit object listTeller extends Tellable[List[Color]] {
     def tell(t: List[Color]): String = {
         (t.map(c => c.descript)).mkString("I am list of color [",",","]")
     }
 }

 tell[List[Color]](List(Color("RED"),Color("BLACK"),Color("YELLOW"),Color("BLUE")))
                                                   //> res3: String = I am list of color [RED,BLACK,YELLOW,BLUE]

这才是真正的随意多态。

值得注意的是implicit是scala compiler的一项功能。在编译时compiler发现类型不对称就会进行隐式转换解析（implicit resolution）。如果解析失败则程序无法通过编译。如果我这样写: tell(4.5)，compiler会提示语法错误。而上面其它多态方式则必须在运算时（runtime）才能发现错误。