Scala Case Class 实战教学：从问题引入到完整应用

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在之前我们学习了 Scala 中的一些数据结构 Set，我们知道 Set 中是不能放入重复的元素的。下面我们来看一个特殊的问题。在集合操作中，当我们使用普通类作为 Set 的元素时，即使两个对象的内容完全相同，Set 也可能无法正确识别它们是重复的。这是因为 Set 依赖对象的 hashCode 和 equals 方法来判断元素是否重复，而普通类默认的这两个方法是基于对象引用的。

一、case class 的定义和基本语法

定义

case class 是 Scala 中一种特殊的类，它用于创建不可变的数据容器。它被设计为轻量级的数据承载者，特别适合用于模式匹配和不可变数据建模。

语法

定义 case class 的语法非常简单明了：

case class ClassName(parameter1: Type1, parameter2: Type2, ...)

例如，我们要创建一个学生的 case class：

case class Student(name: String, age: Int, grade: String)

好处

  1. 自动方法生成：编译器自动生成常用方法，减少样板代码
  2. 不可变性：默认提供不可变特性，更适合函数式编程
  3. 模式匹配友好：天然支持模式匹配操作
  4. 值语义：基于值的相等性判断

二、继承的好处之复用代码

示例

让我们通过两个具体的例子来对比普通类和 case class 在实现相同功能时的差异，特别是在集合操作中的表现。

案例：普通类实现相等性判断

代码

package caseclass

import scala.collection.mutable

object caseclass1 {
  class Book(val id: Int, val name: String) {
    override def equals(obj: Any): Boolean = {
      val other = obj.asInstanceOf[Book]
      other.id == id && other.name == name
    }
  }

  def main(args: Array[String]): Unit = {
    val set1: mutable.Set[Int] = mutable.Set(1, 2)

    set1 += 1
    set1 += 1
    set1 += 1
    set1 += 1
    println(set1)

    val book1 = new Book(1, "西游记")
    val book2 = new Book(1, "西游记")

    println(book1 == book2)

    val set2: mutable.Set[Book] = mutable.Set()
    set2 += book1
    set2 += book2
    println(set2)
  }
}

结果展示

3601.png

代码分析

  1. 普通类的局限性：这个例子展示了普通类在使用时需要手动重写方法的问题
  2. 不完整的相等性实现：虽然我们重写了 equals 方法来判断两个 Book 对象是否相等，但没有重写 hashCode 方法
  3. Set 去重失败的原因：Scala 的 Set 在判断元素是否重复时，会同时使用 hashCode 和 equals 方法。由于 hashCode 方法没有被重写，两个内容相同的 Book 对象产生了不同的哈希码
  4. 结果解释：控制台输出显示 Set 中确实有两个元素，虽然打印出来只显示了一个引用地址，但实际上它们被视为不同的对象

继承的特点

这个案例突显了普通类在实现值语义时的复杂性：

  • 必须手动实现多个方法，工作量大
  • 容易出错，特别是 hashCode 和 equals 需要保持一致
  • 代码重复，每个类都需要类似的样板代码

三、case class 的特点和方法重写

格式

case class 通过简洁的语法自动完成了很多工作：

case class 类名(参数列表)

案例：使用 case class 简化实现

代码

package caseclass

import scala.collection.mutable

object caseclass2 {
  case class Book(val id: Int, val name: String){}

  def main(args: Array[String]): Unit = {

    val book1 = new Book(1, "西游记")
    println(book1)
    val book2 = Book(1, "西游记")
    println(book1 == book2)
    
    val set2: mutable.Set[Book] = mutable.Set()
    set2 += book1
    set2 += book2
    println(set2)
  }
}

结果展示

3602.png

代码分析

  1. 语法简洁性：case class 的定义非常简洁，一行代码就完成了类的定义
  2. 自动方法生成：编译器自动为 Book 类生成了：
    • toString 方法：提供格式化的字符串表示
    • equals 方法：基于所有属性值的比较
    • hashCode 方法：基于所有属性值的哈希计算
    • apply 方法：工厂方法，允许省略 new 关键字
  3. 省略 new 关键字：Book(1, "西游记") 这种创建方式更加简洁
  4. 正确的集合行为：由于 equals 和 hashCode 都被正确实现，Set 能够正确识别重复元素
  5. 结果验证：Set 中只包含一个元素，证明去重功能正常工作

案例：case class 完整特性演示

代码

package caseclass

object caseclass3 {

  case class Student (name:String, age:Int)

  def main(args: Array[String]): Unit = {
    // val st1 = new Student("小花", 18)
    // 可以省略 new
    val st1 = Student("小花", 18)
    val st2 = Student("小花", 18)
    // 属性默认是不可变的。val 修饰
    // st1.name = "小花花"

    println(st1)
    println(st1 == st2)
  }
}

结果展示

3603.png

代码分析

  1. 不可变性：case class 的参数默认为 val 类型，创建后不能修改
  2. 省略 new 的便利：使用伴生对象的 apply 方法创建实例，代码更简洁
  3. 自动的 toString：自动生成的 toString 方法提供了清晰的对象表示
  4. 基于值的相等性：equals 方法比较的是所有属性的值，而不是对象引用
  5. 其他隐含特性：
    • 自动生成 unapply 方法，支持模式匹配
    • 提供 copy 方法，用于创建修改后的新实例
    • 自动生成伴生对象

四、case class 与普通 class 的区别

区别1：更加轻量级，特别适合用于定义数据

case class 专门为承载数据而设计，它去掉了普通类中可能不需要的复杂性，专注于数据的存储和基本操作。

区别2：内置很多方法

case class 自动提供了以下方法，而普通类需要手动实现：

  • toString()：友好的字符串表示
  • equals() 和 hashCode()：基于值的比较
  • copy()：创建修改副本
  • apply()：工厂方法
  • unapply()：模式匹配支持

五、总结

  1. case class 的定义语法是什么？

    • 答：case class 类名(参数1: 类型, 参数2: 类型, ...)

  2. case class 的特点有哪些？

    • 答：主要特点包括：
      • 可以省略 new 关键字创建实例
      • 属性默认是不可变的（val 修饰）
      • 自动实现 toString、equals、hashCode 等方法
      • 支持模式匹配
      • 提供 copy 方法
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