for表達(dá)式是monad語(yǔ)法糖

先看一組示例：

case class Person(name: String, isMale: Boolean, children: Person*)

val lara = Person("Lara", false)
val bob = Person("Bob", true)
val julie = Person("Julie", false, lara, bob)
val persons = List(lara, bob, julie)

println(
  persons filter (p => !p.isMale) flatMap (p =>
    (p.children map (c => (p.name, c.name))))
)

println(
  for (p <- persons; if !p.isMale; c <- p.children)
    yield (p.name, c.name)
)
// output is
// List((Julie,Lara), (Julie,Bob))

Person類包含了人員名稱，是否是男性，以及他的孩子的字段。代碼的意義是找出列表中所有的媽媽和孩子結(jié)對(duì)的名稱。
分別使用了map、flatMap、filter的方式進(jìn)行查詢，還使用了for表達(dá)式完成，得到相同的結(jié)果。

實(shí)際上，Scala編譯器能夠把所有使用yield產(chǎn)生結(jié)果的for表達(dá)式轉(zhuǎn)移為高階方法map、flatMap及filter的組合調(diào)用。所有的不帶yield的for循環(huán)都會(huì)被轉(zhuǎn)移為僅對(duì)filter和foreach的調(diào)用。

for表達(dá)式說(shuō)明

for表達(dá)式形式如下：
for (seq) yield expr
這里，seq由生成器、定義及過(guò)濾器組成序列，以分號(hào)隔開(kāi)。如果在for表達(dá)式中用花括號(hào)代替小括號(hào)包圍表達(dá)式序列，那么分號(hào)是可選的。
比如下面的示例：

for (p <- persons; n = p.name; if (n startsWith "To"))
  yield n

for {
  p <- persons            //生成器
  n = p.name              //定義
  if (n startsWith "To")  //過(guò)濾器
} yield n

生成器的形式為patten <- expression，表達(dá)式expression典型的返回值是列表，不過(guò)它可以泛化。模式pattern一一匹配列表里的所有元素。如果匹配成功，模式中的變量將綁定元素的相應(yīng)成分。但即使匹配失敗也不會(huì)拋出MatchError，而只是在迭代中丟棄這個(gè)元素罷了。
所有的for表達(dá)式都以生成器開(kāi)始。如果for表達(dá)式中有若干生成器，那么后面的生成器比前面的變化的更快。

for表達(dá)式的轉(zhuǎn)譯

對(duì)于每一個(gè)Monad來(lái)說(shuō)，都支持for表達(dá)式，而每個(gè)for表達(dá)式都可以用三個(gè)高階函數(shù)map、flatMap及filter表達(dá)。

基本的轉(zhuǎn)譯方式

• 帶一個(gè)生成器的for表達(dá)式
  for (x <- expr1) yield expr2轉(zhuǎn)譯為expr1.map(x => expr2)

• 以生成器和過(guò)濾器開(kāi)始的for表達(dá)式
  for (x <- expr1 if expr2) yield expr3
  第一個(gè)表達(dá)式可以轉(zhuǎn)譯成for (x <- expr1 filter (x => expr2)) yield expr3
• 以兩個(gè)生成器開(kāi)始的for表達(dá)式
  for (x <- expr1; y <- expr2; seq) yield expr3
  假設(shè)seq是任意序列的生成器、定義及過(guò)濾器，也可能為空。兩個(gè)生成器被轉(zhuǎn)譯為flatMap的應(yīng)用：
  expr1.flatMap(x => for (y <- expr2; seq) yield expr3 )
  這就生成了另一個(gè)傳遞給flatMap的函數(shù)值形式的for表達(dá)式。

再舉個(gè)例子：

// 第一步轉(zhuǎn)譯
for (n <- ns;
    o <- os;
    p <- ps)
    yield n*o*p
// 第二步轉(zhuǎn)譯
ns flatMap {n =>
          for(o <- os;
          p <- ps)
          yield n*o*p}
// 第三步轉(zhuǎn)譯
ns flatMap { n =>
          os flatMap { o =>
          for(p <- ps)
          yield n*o*p}}
// 第四步轉(zhuǎn)譯
ns flatMap {n =>
          os flatMap {o =>
          {ps map {p => n*o*p}}}}

轉(zhuǎn)譯for循環(huán)

for表達(dá)式也有一個(gè)命令式(imperative)的版本，用于那些你只調(diào)用一個(gè)函數(shù)，不返回任何值而僅僅執(zhí)行了副作用，這個(gè)版本去掉了yield聲明。
for循環(huán)的轉(zhuǎn)譯版本只需用到foreach，for (x <- expr1) body，轉(zhuǎn)譯為expr1 foreach (x => body)。
更大的例子是，for (x <- expr1; if expr2; y <- expr3) body。它將被轉(zhuǎn)譯為：

expr1 filter (x => expr2) foreach (x =>
  expr3 foreach (y => body))

foreach依然可以使用map來(lái)實(shí)現(xiàn)：

class M[A] {
  def map[B](f: A => B): M[B] = ...
  def flatMap[B](f: A => M[B]): M[B] = ...
  def foreach[B](f: A => B): Unit = {
    map(f)
    ()
  }
}

foreach可以通過(guò)調(diào)用map并丟掉結(jié)果來(lái)實(shí)現(xiàn)。不過(guò)這么做運(yùn)行效率不高，所以scala允許你用自己的方式定義foreach。

轉(zhuǎn)譯定義

如果for表達(dá)式中內(nèi)嵌定義，如for (x <- expr1; y = expr2; seq) yield expr3。
那么將轉(zhuǎn)譯為for ((x, y) <- for (x <- expr1) yield (x, expr2); seq) yield expr3。
這里每次產(chǎn)生新的x值的時(shí)候，expr2都被重新計(jì)算。所以這可能會(huì)浪費(fèi)計(jì)算資源，造成重復(fù)計(jì)算。
比如下面的例子和更好的寫(xiě)法：

for (x <- 1 to 100; y = expensiveComputationNotInvolvingX)
yield x*y

// better code
val y = expensiveComputationNotInvolvingX
for (x <- 1 to 1000) yield x*y

生成器中的模式

如果生成器的左側(cè)是模式pat而不是簡(jiǎn)單變量，那么轉(zhuǎn)譯方法將變得復(fù)雜很多。
綁定變量元組
for ((x1, ..., xn) <- expr1) yield expr2
轉(zhuǎn)譯為：
expr1.map {case (x1, ..., xn) => expr2}

任意模式
for (pat <- expr1) yield expr2
轉(zhuǎn)譯為：

expr1 filter {
  case pat => true
  case _ => false
} map {
  case pat => expr2
}

即，生成的條目首先經(jīng)過(guò)過(guò)濾并且僅有那些匹配與pat的才會(huì)被映射。因此，這保證了模式匹配生成器不會(huì)拋出MatchError。

小結(jié)

因?yàn)閒or表達(dá)式的轉(zhuǎn)譯僅依賴于map、flatMap和filter的搭配，所以可以吧for表達(dá)式應(yīng)用于大批數(shù)據(jù)類型（這些數(shù)據(jù)類型可以用Monad來(lái)描述和概括）上。
除了列表、數(shù)組之外，Scala標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中還有許多其他類型支持四種方法（map、flatMap、filter、foreach），從而允許for表達(dá)式存在。同樣，如果你自己的數(shù)據(jù)類型定義了需要的方法也可以完美支持for表達(dá)式。如果只定義map、flatMap、filter、foreach這些方法的子集，從而部分支持for表達(dá)式或循環(huán)。
規(guī)則如下：

• 如果定義了map，可以允許單一生成器組成的for表達(dá)式

• 如果定義了flatMap和map，可以允許若干個(gè)生成器組成的for表達(dá)式
• 如果定義了foreach，允許for循環(huán)
• 如果定義了filter，for表達(dá)式中允許以if開(kāi)頭的過(guò)濾器表達(dá)式

for表達(dá)式的轉(zhuǎn)譯發(fā)生在類型檢查之前。這可以保持最大的靈活性，因?yàn)榻酉聛?lái)只需for表達(dá)式展開(kāi)的結(jié)果通過(guò)類型檢查即可。

在函數(shù)式編程中，Monad定制了map、flatMap和filter功能，它可以解釋多種類型的計(jì)算，包括從集合、狀態(tài)和I/O操縱的計(jì)算、回溯計(jì)算以及交易等，不一而足。

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