JavaSPEKTRUM - Scala 3

Fachthema 

Tiefe statt Breite Eine Besonderheit und einen Unterschied zu Java stellen die
Typen Null und Nothing dar. Sie stehen in der Vererbungshier-

Scala – Teil 3: Typen archie „ganz unten“ und sind Subtypen aller Referenz-Typen
(Null) bzw. aller Typen überhaupt (Nothing). Null hat genau ei-

und Pattern Matching
ne Instanz, nämlich die null-Referenz, und Nothing kennt über-
haupt keine Instanz.

Heiko Seeberger, Jan Blankenhorn
Typparameter
Scala hat derzeit kräftigen Rückenwind, denn diese Sprache ist nicht nur
einfacher, sondern auch mächtiger als Java. Ein knapper und prägnanter Da die Grundlagen der Java-Generics auf Martin Odersky, den
Programmierstil sowie neue Möglichkeiten durch funktionale Program- Vater von Scala, zurückgehen, ist es kein Wunder, dass auch Scala
mierung lassen Entwicklerherzen höher schlagen. Dazu noch viel Fle- Typparameter kennt. Ganz ähnlich wie in Java können wir in Sca-
xibilität und volle Interoperabilität mit Java. Im letzten Teil haben wir la einen generischen Typen definieren, indem wir nach dem Na-
Vererbung, Traits und funktionale Programmierung mit Scala unter die men der Klasse oder des Traits einen oder mehrere Typparameter
Lupe genommen. Hier schließen wir diese Serie mit einem Blick auf das angeben, jedoch nicht in spitzen, sondern in eckigen Klammern:
Typsystem sowie weitere wichtige Sprachfeatures ab. scala> class Cage[A](val animal: A)
defined class Cage

Das Scala-Typsystem Diese Definition von Cage ermöglicht uns, beliebige Typen „ein-
zusperren“. Dabei müssen wir dank Typinferenz den Wert für
Wegen der leichtgewichtigen Syntax und der Typinferenz den Typparameter nicht angeben:
E mag dem einen oder anderen bereits entfallen sein, dass
scala> new Cage(new Duck("Donald"))
Scala eine statisch typisierte Sprache ist: Alles besitzt zum
res0: Cage[Duck] = Cage(Donald)
Übersetzungszeitpunkt einen Typ. Wenn wir den Typ nicht
explizit angeben, dann ermittelt der Compiler diesen für uns: scala> new Cage(new Person("Angela"))
res1: Cage[Person] = Cage(Angela)
scala> val x = 1
x: Int = 1
Unser Beispiel setzt an dieser Stelle voraus, dass wir die Klas-
Wenn wir den Typ angeben, dann muss er auch passen: sen Animal und Person definiert haben sowie Duck als Ableitung
von Animal.
scala> val x: Int = "Fail"
Natürlich wollen wir unseren Käfig so bauen, dass er nur
<console>:5: error: type mismatch;
found : java.lang.String("Fail") Tiere aufnehmen kann. Dazu können wir eine Obergrenze für
required: Int die zulässigen Typen definieren, indem wir den begrenzenden
val x: Int = "Fail" Typen mit vorangestelltem <: an den Typparameter anhängen:
scala> class Cage[A <: Animal](val animal: A)
Was für Typen gibt es nun in Scala? Die wichtigsten finden wir defined class Cage
in Abbildung 1. Beginnen wir zunächst einmal „ganz oben“:
Dort, an der Wurzel der Vererbungshierarchie, befindet sich scala> val donaldsCage = new Cage(new Duck("Donald"))
donaldsCage: Cage[Duck] = Cage(Donald)
die abstrakte Klasse Any. Sie definiert eine überschaubare An-
zahl an Methoden, unter anderem equals, hashCode und toString scala> new Cage(new Person("Angela"))
sowie == als Äquivalent zu equals und != als dessen Negation. <console>:10: error: inferred type arguments [Person] do not
Von Any leiten sich AnyVal und AnyRef ab. AnyVal ist die finale Ba- conform to method apply's type parameter bounds [A <: Animal]
...
sis-Klasse für Wert-Typen wie z. B. Int, Long und Unit. Hier sehen
wir noch einmal sehr schön, dass Scala rein objektorientiert ist Wie wir sehen, können wir unseren Cage nun nur noch mit An-
und keine primitiven Datentypen kennt. AnyRef hingegen ist die imals parametrisieren, eine Person hingegen können wir nicht
Basis für alle Referenz-Typen, zu denen sowohl die Typen von mehr hinter Gitter bringen.
Scala als auch die von Java gehören. Wie sieht es eigentlich in Scala mit der Varianz aus, also der
Frage, ob aus einer Vererbungsbeziehung der Typparameter ei-
ne Vererbungsbeziehung der parametrisierten Typen entsteht?
Zur Verdeutlichung folgendes Beispiel: Wir schreiben eine Me-
thode operationFreedom, welche einen als Parameter übergebenen
Cage öffnet und das eingesperrte Tier in die Freiheit entlässt:

scala> def operationFreedom(cage: Cage[Animal]) {
| println(cage.animal + " is free now!")
| }
operationFreedom: (cage: Cage[Animal])Unit

Preisfrage: Was passiert nun, wenn wir unseren zuletzt erzeug-
ten donaldsCage als Parameter übergeben?
scala> operationFreedom(donaldsCage)
<console>:11: error: type mismatch;
found : Cage[Duck]
Abb. 1: Scala-Typsystem required: Cage[Animal]
...

38 JavaSPEKTRUM 4/2010

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Oha: Ein Cage[Duck] ist offenbar kein Cage[Animal]! Obwohl ein Duck Ein ganz spezieller und immer vorhandener impliziter Wert
natürlich ein Animal ist. Das heißt, dass in Scala parametrisier- ist das Manifest, welches die Information über einen Typpara-
te Typen zunächst einmal invariant sind. Das ist in der Regel meter über die Methode erasure zur Verfügung stellt. Damit
auch gut so, denn Ko- und Kontravarianz sind kniffelige The- können wir obige create-Methode folgendermaßen schreiben:
men. Zum Beispiel dürfte ein veränderlicher Cage[Duck], d. h. ei- scala> def create[T](implicit mf: Manifest[T]) =
ner mit einem Setter für die Ente, nicht als Cage[Animal] interpre- | mf.erasure.newInstance
tiert werden, denn er kann ja nur Ducks aufnehmen und keine – create: [T](implicit mf: Manifest[T])Any
sagen wir – Elefanten.
Zum Glück gibt es jedoch in Scala die Möglichkeit, die Va- Da wir den impliziten Parameter beim Aufruf gar nicht überge-
rianz zu beeinflussen. In unserem Fall, wo wir einen unverän- ben müssen, ist die Verwendung dieser Methode denkbar ein-
derlichen Cage haben, möchten wir schon, dass ein Cage[Duck] ein fach:
Cage[Animal] ist, d. h. wir wollen Kovarianz für Cage erreichen.
scala> create[java.util.Date]
Dazu stellen wir einfach ein + vor den Typparameter: res5: Any = Wed May 19 08:03:12 CEST 2010

scala> class Cage[+A <: Animal](val animal: A)
defined class Cage Auf diese Weise können wir also die Type Erasure umgehen
und dadurch an manchen Stellen ein einfacheres und besse-
Wenn wir nun donaldsCage und operationFreedom neu erzeugen, res API schreiben. In Java hätten wir nämlich für die create-Me-
dann sind wir am Ziel: thode einen Parameter vom Typ Class benötigt. Anwendungs-
scala> operationFreedom(donaldsCage)
beispiele für dieses Feature sind alle Tools, die für uns Instan-
Donald is free now! zen aufgrund von Meta-Informationen erzeugen sollen, z. B.
Dependency-Injection-Frameworks oder OR-Mapper.
Doch wie geht Scala mit oben beschriebenem Problem um?
Ganz einfach: Würden wir unseren Cage veränderlich machen,
indem wir aus dem val ein var machen, dann bekommen wir ei- Case Classes und Pattern Matching
nen Compiler-Fehler:
Abschließend gehen wir noch auf ein besonders charakteristi-
scala> class Cage[+A <: Animal](var animal: A)
sches Scala-Feature ein, das eigentlich aus zwei Teilen besteht.
<console>:6: error: covariant type A occurs in contravariant position
in type A of parameter of setter animal_= Zunächst einmal können wir durch Voranstellen des Schlüs-
class Cage[+A <: Animal](var animal: A) selwortes case eine Klasse zur sogenannten Case Class machen:
scala> case class Cage[+A <: Animal](animal: A)
Auf diese Weise stellt Scala schon durch das Typsystem und defined class Cage
den Compiler sicher, dass wir in Sachen Varianz keine Fehler
machen können. Es gäbe noch so einiges über Typparameter zu Dem aufmerksamen Leser wird auffallen, dass wir nun das
erzählen, z. B. Kontravarianz und Untergrenzen, aber das wür- Schlüsselwort val vor dem Klassenparameter animal weglassen.
de den Rahmen hier sprengen. Abschließend sei erwähnt, dass Das liegt daran, dass der Compiler für Case Classes die Klas-
Typparameter in Scala zwar durchaus eine komplizierte Sache senparameter automatisch zu vals macht. Aber das ist nicht das
sind. Aber das gilt nur für diejenigen von uns, die parametri- einzige Geschenk: Zusätzlich bekommen wir „sinnvolle“ Im-
sierte Typen schreiben. Die Nutzung hingegen ist sehr einfach plementierungen von equals, hashCode und toString, allesamt auf
und sicher. Basis der Klassenparameter implementiert. Darüber hinaus be-
kommen wir auch noch automatisch ein Companion Object,
welches die apply-Methode implementiert, um eine Case Class
Die Type Erasure umgehen ohne das Schlüsselwort new zu erzeugen. Das Ganze sieht dann
in der Anwendung so aus:
Ergänzend zum Thema Typparameter wollen wir nun ein
scala> val donaldsCage = Cage(new Duck("Donald"))
wirklich innovatives Scala-Feature vorstellen. Wie in Java wer-
donaldsCage: Cage[Duck] = Cage(Donald)
den die Argumente, die im Quellcode für einen Typparameter
verwendet werden, vom Compiler entfernt. Dieses Verhalten scala> donaldsCage.animal
wird Type Erasure genannt und bewirkt, dass zur Laufzeit keine res6: Duck = Donald

Informationen über die Typparameter vorliegen. Zum Beispiel
können wir nicht ohne Weiteres ermitteln, mit welchem Typ ei- Wir sehen, dass wir unseren Cage nun ohne new erzeugen kön-
ne einfache Methode parametrisiert ist: nen, die toString-Methode den Klassennamen und in Klam-
scala> def create[T] = T.getClass.newInstance
mern die toString-Aufrufe der Klassenparameter zurück gibt
<console>:5: error: not found: value T und der Zugriff auf animal möglich ist, obwohl wir diesen Klas-
def create[T] = T.getClass.newInstance senparameter nicht explizit zum val gemacht haben.
Für sich alleine wären Case Classes zwar eine nette Erleich-
Scala kennt zunächst das Konzept von impliziten Parametern. terung für mache Anwendungsfälle, aber so richtig zur Entfal-
Wenn wir einer Parameterliste das Schlüsselwort implicit vo- tung kommen sie in Verbindung mit einem weiteren Sprach-
ranstellen, dann müssen wir für diese Parameter nicht expli- Feature, dem Pattern Matching (musterbasierter Vergleich).
zit Argumente übergeben, sofern der Compiler passende Werte Zunächst einmal könnte man Pattern Matching als „richtig
findet, die er verwenden kann. Passend bedeutet in diesem Fall gemachte“ switch-Anweisung betrachten. Die offensichtlichen
nicht nur, dass die Typen passen müssen, sondern die Werte Unterschiede sind, dass wir beliebige Ausdrücke übergeben
müssen wiederum mit implicit definiert worden sein. Auf diese dürfen, dass es keinen Fall-Through gibt, d. h. nach einem er-
Weise könnte eine Bibliothek zum Beispiel „vernünftige“ Vor- folgreichen Matching ist Schluss, und dass Pattern Matching
einstellungen zur Verfügung stellen, die wir bei Bedarf expli- – ganz im Sinne der funktionalen Programmierung – immer
zit überschreiben. ein Resultat ergibt.

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Die Syntax ist denkbar einfach: Wir schreiben einen Aus- äußeren Schalen beginnen. So können wir nach und nach im-
druck, gefolgt vom Schlüsselwort match und anschließend einen mer mehr Scala einführen, ohne allzu große Risiken einzuge-
Block mit case-Mustern: hen und ohne mit einem Schlag alles für alle Projektbeteiligten
scala> def whatIsIt(x: Any) = x match {
umstellen zu müssen.
| case "Constant" => "It's a string constant."
| case s: String => "It's the string " + s
| case Cage(animal) => "It's a cage with a " + animal Fazit
| case _ => "It's something else."
| }
whatIsIt: (x: Any)java.lang.String Es gäbe noch einiges mehr über Scala zu berichten, insbeson-
dere über Standardbibliotheken wie z. B. die Actors-Biblio-
scala> whatIsIt("Hello") thek. Aber was die Sprache selbst angeht, so haben wir im Rah-
res7: java.lang.String = It's the string Hello
men dieser dreiteiligen Serie die meisten Aspekte behandelt.
scala> whatIsIt(donaldsCage)
Das war möglich, weil Scala keine „breite“ Sprache ist, sondern
res8: java.lang.String = It's a cage with a Donald eine „tiefe“: Die Sprache selbst ist recht schlank, wenngleich
manche Features durchaus einen gewissen Tiefgang haben, z.
Hier ist der Ausdruck der Parameter x der Methode whatIsIt. Al- B. das Typsystem.
le case-Muster geben einen String zurück, sodass der Rückgabe- Dennoch ist es nicht erforderlich, gleich ganz abzutauchen
typ der Methode ein String ist. Nun zu den einzelnen Mustern: und alles im Detail zu verstehen. Vielmehr ist es sogar dank
 Wir prüfen zunächst mit einem Constant-Muster, ob unser der Schlankheit recht schnell möglich, Schwimmen zu lernen,
Ausdruck eine Konstante darstellt. d. h. die Sprache so zu beherrschen, dass man schon etliche
 Danach nutzen wir ein Variable-Muster mit Angabe des Vorteile im Vergleich zu Java nutzen kann. Man denke nur an
Typs, um zu prüfen, ob ein String vorliegt. Dabei definieren die wesentlich kompaktere Notation und die Mächtigkeit von
wir die Variable s, die wir auf der „rechten Seite“ des case- funktionalen Collections.
Musters verwenden können. Wir hoffen, mit dieser Serie nicht nur Wissen über Scala ver-
 Das dritte case-Muster schließlich nutzt unsere Case Class mittelt, sondern hoffentlich auch Lust auf Scala gemacht zu ha-
Cage. Wir können hier einfach den Konstruktor der Case Class ben und freuen uns sehr auf Fragen oder Feedback.
mit Variablen für seine Argumente hinschreiben und diese
Variablen dann auf der „rechten Seite“ verwenden. Auf die-
se Weise sparen wir uns eine explizite Prüfung auf den Typ Literatur und Links
(instanceOf) sowie die Dekomposition in die Werte.
 Abschließend verwenden wir das Wildcard-Muster, um si- [OdSpVe08] M. Odersky, L. Spoon, B. Venners, Programming in
cherzustellen, dass wir alle möglichen Fälle abdecken, denn Scala: A comprehensive step-by-step guide, artima 2008
ansonsten könnte zur Laufzeit ein MatchError auftreten. [Scala] The Scala Programming Language,
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass Pattern Matching http://www.scala-lang.org/
nicht nur mit Case Classes so elegant funktioniert. Das wäre [ScalaTest] Open-Source-Test-Framework,
auch schade, denn wir wollen nicht alles zu Case Classes ma- http://www.scalatest.org/
chen und können das bei vorhandenen Klassen, z. B. aus einer [SeeBla10a] H. Seeberger, J. Blankenhorn, Scala: – Teil 1:
Bibliothek, auch gar nicht. Es reicht vollkommen, dass wir ei- Einstieg, in: JavaSPEKTRUM, 2/2010
nen Extractor definieren: Ein Singleton Object mit einer unapply- [SeeBla10b] H. Seeberger, J. Blankenhorn, Scala: – Teil 2:
Methode, welche die Dekomposition durchführt. FP und OOP, in: JavaSPEKTRUM, 3/2010
[Specs] A BDD Library for Scala, Project Hosting on Google Code,
http://code.google.com/p/specs/
Scala und Java

Zum Abschluss möchten wir noch kurz beleuchten, wie wir
Scala in unsere Java-Projekte einbauen können. Das ist natür-
lich möglich, denn Scala kompiliert zu Java-Bytecode und ist
sogar hundertprozentig „abwärtskompatibel“ zu Java, sodass
wir allen vorhandenen Java-Code verwenden können. Der um- Heiko Seeberger ist geschäftsführender Gesell-
schafter der Weigle Wilczek GmbH und verantwortlich
gekehrte Weg, d. h. Scala aus Java heraus zu nutzen, ist auch
für die technologische Strategie des Unternehmens
möglich, allerdings müssen wir uns dabei beim API auf dieje-
mit den Schwerpunkten Java, Scala, OSGi, Eclipse RCP
nigen Features beschränken, die Java kennt. und Lift. Zudem ist er aktiver Open Source Committer,
Daher ist der folgende Weg vermutlich der einfachste: Wir Autor zahlreicher Fachartikel und Redner auf einschlä-
beginnen damit, unsere Tests nicht mehr mit JUnit oder TestNG gigen Konferenzen.
zu schreiben, sondern mit [Specs] oder [ScalaTest]. Das sind E-Mail: seeberger@weiglewilczek.com
zwei Scala-Frameworks, die uns ermöglichen, sehr ausdrucks-
Jan Blankenhorn ist Softwareentwickler bei der
starke Testfälle zu schreiben, bei denen tatsächlich gilt, dass der Weigle Wilczek GmbH. Er entwickelt sowohl dyna-
Code der Kommentar ist. Dabei sammeln wir wertvolle Praxis- mische Ajax-Webanwendungen als auch Rich Clients
erfahrung mit Scala und können nach einer Weile dann dazu mit Eclipse RCP. Neben Softwareentwicklungs- und
übergehen, einzelne Teilprojekte in Scala zu schreiben. -wartungsprojekten ist er als Trainer für Eclipse RCP im
Dabei wäre es geschickt, wenn wir solche Teilprojekte identi- Rahmen der Eclipse Training Alliance aktiv.
fizieren könnten, auf welche andere Teilprojekten keine Abhän- E-Mail: blankenhorn@weiglewilczek.com
gigkeit haben. Oder mit anderen Worten: Wenn unser Projekt
eine Zwiebel ist, bei der die äußeren Schalen von den inneren
abhängen, aber nicht umgekehrt, dann sollten wir bei den ganz

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