Scala 中 var 和 val 的区别

一想到这两个的区别,大多数人第一反应就是,var 修饰的变量可改变,val 修饰的变量不可改变;但真的如此吗?事实上,var 修饰的对象引用可以改变,val 修饰的则不可改变,但对象的状态却是可以改变的。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) // 错误,因为 x 为 val 修饰的,引用不可改变
    x.value = new A(6) // 错误,因为 x.value 为 val 修饰的,引用不可改变
    x.value.value = 6 // 正确,x.value.value 为var 修饰的,可以重新赋值
  }
}

对于变量的不变性有很许多的好处。

一是,如果一个对象不想改变其内部的状态,那么由于不变性,我们不用担心程序的其他部分会改变对象的状态;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")

这对于多线程(多进程)的系统来说尤其重要。在一个多线程系统中,以下可能发生:

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 ,并且只使用不可变的数据结构(即是,避免使用 arrays ,scala.collection.mutable 内的任何东西,等等),你可以放心,这是不会发生的;除非有一些代码,例如一个框架,进行反射——反射可以改变不可变的值。

二是,当用 var 修饰的时候,你可能在多个地方重用 var 修饰的变量,这样会产生下面的问题:

  • 对于阅读代码的人来说,在代码的确定部分中知道变量的值是比较困难的;
  • 你可能会在使用代码前初始化代码,这样会导致错误;

因此,简单地说,使用 val 是安全和增强代码可读性的。

既然 val 有这么多的好处,那为什么还要使用(或者说存在) var ; 的确,有些编程语言只存在 val的情况 ,但是有些情况下,使用可变性可以大幅度提高程序的执行效率。

例如,对于一个不可变的 Queue ,当每次对队列进行 enqueue 和 dequeue 操作时,将会得到一个新的 Queue 对象,那么 ,如何处理所有的项目呢?

下面我们通过例子进行解释。假设一个 Int 类型的队列,对队列内的所有数字进行组合;例如队列的元素有 1,2,3,那么组合后的数字就是 123。下面是第一种解决方案: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
}

上面的代码易于阅读和理解,但存在一个主要的问题是,会改变源数据,因此在调用 toNum 方法前必须对源数据进行拷贝,避免对源数据产生污染。这时一种对对象进行不变性管理的方法。

接下来采用 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)
}

因为 num 不能被重新分配值,就像在前面的例子中一样,因此需要使用递归。这是一个尾部递归,它的性能很好。但情况并非总是如此:有时根本就没有好的(可读的、简单的)尾递归解决方案。

下面采用 immutable.Queue 和 mutable.Queue 对代码进行重写:

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
}

这段代码非常有效,不需要递归,也无需担心是否需要在调用toNum之前复制队列。自然地,我避免了由于其他用途而对变量进行重用,由于在这个函数之外没有任何代码可以看到(修改)它们,所以我不需要担心它们的值在代码的其他地方会发生——除非我明确地这么做。

如果程序员认为某种解决方案是最好的解决方案,那么 Scala 就允许程序员这么做。其他变成语言则没有这么大的灵活性。Scala (以及任何具有广泛可变性的语言)的代价是,编译器在优化代码方面没有足够的灵活性。Java的提供解决方案是基于运行时来优化代码。

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