Scala 中 var 和 val 的區(qū)別

一想到這兩個的區(qū)別,大多數(shù)人第一反應(yīng)就是,var 修飾的變量可改變,val 修飾的變量不可改變;但真的如此嗎?事實上,var 修飾的對象引用可以改變,val 修飾的則不可改變,但對象的狀態(tài)卻是可以改變的。例如:

class A(n: Int) {
  var value = n
}

class B(n: Int) {
  val value = new A(n)
}

object Test {
  def main(args: Array[String]) {
    val x = new B(5)
    x = new B(6) // 錯誤,因為 x 為 val 修飾的,引用不可改變
    x.value = new A(6) // 錯誤,因為 x.value 為 val 修飾的,引用不可改變
    x.value.value = 6 // 正確,x.value.value 為var 修飾的,可以重新賦值
  }
}

對于變量的不變性有很許多的好處。

一是,如果一個對象不想改變其內(nèi)部的狀態(tài),那么由于不變性,我們不用擔(dān)心程序的其他部分會改變對象的狀態(tài);例如

x = new B(0)
f(x)
if (x.value.value == 0)
  println("f didn't do anything to x")
else
  println("f did something to x")

這對于多線程(多進(jìn)程)的系統(tǒng)來說尤其重要。在一個多線程系統(tǒng)中,以下可能發(fā)生:

x = new B(1)
f(x)
if (x.value.value == 1) {
  print(x.value.value) // Can be different than 1!
}

如果你只使用 val ,并且只使用不可變的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(即是,避免使用 arrays ,scala.collection.mutable 內(nèi)的任何東西,等等),你可以放心,這是不會發(fā)生的;除非有一些代碼,例如一個框架,進(jìn)行反射——反射可以改變不可變的值。

二是,當(dāng)用 var 修飾的時候,你可能在多個地方重用 var 修飾的變量,這樣會產(chǎn)生下面的問題:

  • 對于閱讀代碼的人來說,在代碼的確定部分中知道變量的值是比較困難的;
  • 你可能會在使用代碼前初始化代碼,這樣會導(dǎo)致錯誤;

因此,簡單地說,使用 val 是安全和增強代碼可讀性的。

既然 val 有這么多的好處,那為什么還要使用(或者說存在) var ; 的確,有些編程語言只存在 val的情況 ,但是有些情況下,使用可變性可以大幅度提高程序的執(zhí)行效率。

例如,對于一個不可變的 Queue ,當(dāng)每次對隊列進(jìn)行 enqueue 和 dequeue 操作時,將會得到一個新的 Queue 對象,那么 ,如何處理所有的項目呢?

下面我們通過例子進(jìn)行解釋。假設(shè)一個 Int 類型的隊列,對隊列內(nèi)的所有數(shù)字進(jìn)行組合;例如隊列的元素有 1,2,3,那么組合后的數(shù)字就是 123。下面是第一種解決方案:采用的是 mutable.Queue

def toNum(q: scala.collection.mutable.Queue[Int]) = {
  var num = 0
  while (!q.isEmpty) {
    num *= 10
    num += q.dequeue
  }
  num
}

上面的代碼易于閱讀和理解,但存在一個主要的問題是,會改變源數(shù)據(jù),因此在調(diào)用 toNum 方法前必須對源數(shù)據(jù)進(jìn)行拷貝,避免對源數(shù)據(jù)產(chǎn)生污染。這時一種對對象進(jìn)行不變性管理的方法。

接下來采用 immutable.Queue :

def toNum(q: scala.collection.immutable.Queue[Int]) = {
  def recurse(qr: scala.collection.immutable.Queue[Int], num: Int): Int = {
    if (qr.isEmpty)
      num
    else {
      val (digit, newQ) = qr.dequeue
      recurse(newQ, num * 10 + digit)
    }
  }
  recurse(q, 0)
}

因為 num 不能被重新分配值,就像在前面的例子中一樣,因此需要使用遞歸。這是一個尾部遞歸,它的性能很好。但情況并非總是如此:有時根本就沒有好的(可讀的、簡單的)尾遞歸解決方案。

下面采用 immutable.Queue 和 mutable.Queue 對代碼進(jìn)行重寫:

def toNum(q: scala.collection.immutable.Queue[Int]) = {
  var qr = q
  var num = 0
  while (!qr.isEmpty) {
    val (digit, newQ) = qr.dequeue
    num *= 10
    num += digit
    qr = newQ
  }
  num
}

這段代碼非常有效,不需要遞歸,也無需擔(dān)心是否需要在調(diào)用toNum之前復(fù)制隊列。自然地,我避免了由于其他用途而對變量進(jìn)行重用,由于在這個函數(shù)之外沒有任何代碼可以看到(修改)它們,所以我不需要擔(dān)心它們的值在代碼的其他地方會發(fā)生——除非我明確地這么做。

如果程序員認(rèn)為某種解決方案是最好的解決方案,那么 Scala 就允許程序員這么做。其他變成語言則沒有這么大的靈活性。Scala (以及任何具有廣泛可變性的語言)的代價是,編譯器在優(yōu)化代碼方面沒有足夠的靈活性。Java的提供解決方案是基于運行時來優(yōu)化代碼。

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