三、Scala方法与函数

在前两节中，我们熟悉了Scala 的基础语法和流程控制。现在，我们将深入探讨Scala 代码组织的两大核心构建块：方法 和 函数。在许多语言中，这两个术语可以互换使用，但在 Scala 中，它们有着明确而重要的区别。理解这种区别是掌握Scala 函数式编程思想的关键一步。

思维导图

一、方法

方法是隶属于一个类 (class) 或对象 (object) 的代码块，用于封装行为。你可以把它理解为一个对象的“能力”或“动作”。

定义与语法: def 方法名(参数列表): 返回类型 = { 方法体 }

返回值类型推断: Scala 编译器通常可以根据方法体最后一个表达式的类型自动推断返回类型，允许省略。
return 关键字: 在方法体中通常是可选的，因为方法会默认返回最后一个表达式的值。
过程: 如果方法返回 Unit (无特定返回值)，则称为过程，其定义时可以省略等号。

代码案例：

// 完整定义
def add(a: Int, b: Int): Int = {
  return a + b // return 关键字可选
}

// 省略返回类型 (编译器可推断)
def subtract(a: Int, b: Int) = {
  a - b // 默认返回最后一个表达式的值
}

// 单行方法体可省略花括号
def multiply(a: Int, b: Int) = a * b

// 过程 (返回 Unit)，等号可以省略
def printSum(a: Int, b: Int) {
  println(s"The sum is: ${a + b}")
}

方法参数:

代码案例：

// 默认参数
def greet(name: String = "Guest", message: String = "Welcome"): Unit = {
  println(s"$message, $name!")
}
greet() // 输出: Welcome, Guest!
greet("Alice") // 输出: Welcome, Alice!
greet(message = "Hello") // 输出: Hello, Guest!

// 带名参数
greet(name = "Bob", message = "Hi") // 顺序无关
greet(message = "Good day", name = "Charlie")

// 变长参数
def sum(numbers: Int*): Int = {
  var total = 0
  for (n <- numbers) {
    total += n
  }
  total
}
println(sum(1, 2, 3)) // 输出 6
println(sum()) // 输出 0

特殊方法:

• 递归方法: 方法调用自身。注意： 定义递归方法时必须显式声明返回类型。

// 递归计算阶乘
def factorial(n: Int): Int = {
  if (n <= 1) 1 else n * factorial(n - 1)
}

• 惰性方法 (lazy val): 将方法的调用结果赋值给一个 lazy val 变量，该方法体内的代码直到变量首次被访问时才会执行。

def expensiveCalculation(): String = {
  println("Performing an expensive calculation...")
  "Done"
}
lazy val result = expensiveCalculation()
println("Lazy val defined, but not yet evaluated.")
println(s"Accessing for the first time: $result") // 此时才打印 "Performing..."

方法调用方式:
Scala 提供了多种灵活的方法调用语法。

二、函数

函数在 Scala 中是一等公民，这意味着它本身是一个对象 (值)，可以被赋值给变量、作为参数传递或作为返回值。

定义与语法: val 函数名 = (参数列表) => { 函数体 }
=> (胖箭头) 是定义函数的核心。

代码案例：

// 定义一个接收 Int，返回 Int 的函数
val square: Int => Int = (x: Int) => x * x

// 类型推断可以让定义更简洁
val add = (a: Int, b: Int) => a + b

// 调用函数，就像调用一个变量
println(square(5)) // 输出 25
println(add(10, 20)) // 输出 30

函数与方法的区别:

方法到函数的转换:
在实际应用中，经常需要将一个已定义的方法当作函数来传递 (例如，传递给 map, filter 等高阶函数)。
使用部分应用 (ETA Expansion) _ 操作符可以将方法转换为一个函数对象。

格式: val myFunction = myMethod _

代码案例：

// 定义一个方法
def triple(x: Int): Int = x * 3

// 将 triple 方法转换为一个函数
val tripleFunction = triple _

// 现在可以像使用函数一样使用 tripleFunction
val numbers = List(1, 2, 3)
val tripledNumbers = numbers.map(tripleFunction) // map 需要一个函数作为参数
println(tripledNumbers) // 输出: List(3, 6, 9)

// Scala 编译器通常可以自动进行这种转换，所以以下写法也有效
val tripledNumbers2 = numbers.map(triple)
println(tripledNumbers2)

理解 _ 的转换过程对于深入掌握 Scala 的函数式特性至关重要。

练习题

题目一：方法定义
定义一个名为 getGreeting 的方法，它接收一个 String 类型的 name 参数，并返回一个 String 类型的问候语，如 “Hello, [name]!”。

题目二：默认参数
重写 getGreeting 方法，使其 name 参数有一个默认值 “World”。这样，如果不传递参数调用 getGreeting()，它将返回 “Hello, World!”。

题目三：带名参数
定义一个方法 createPerson(name: String, age: Int, city: String)。使用带名参数的方式调用它，但参数顺序为 city, age, name。

题目四：变长参数
定义一个方法 average，它可以接收任意数量的 Double 类型参数，并返回它们的平均值。如果没有任何参数传入，应返回 0.0。

题目五：递归方法
定义一个递归方法 sumUpTo(n: Int)，计算从 1 到 n 的所有整数之和。必须显式声明其返回类型。

题目六：中缀调用法
给定一个 List(1, 2, 3, 4, 5)，使用中缀调用法调用 map 方法，使其每个元素加 1。

题目七：操作符即方法
将 10 * 5 这个表达式用标准的后缀调用法重写。

题目八：函数定义
定义一个名为 isEven 的函数 (不是方法)，它接收一个 Int 参数，如果该数是偶数则返回 true，否则返回 false。

题目九：方法到函数的转换
定义一个 isOdd 的方法。然后，将 List(1, 2, 3, 4) 使用 .filter() 方法和转换后的 isOdd 函数进行过滤，得到只包含奇数的列表。

题目十：Unit 过程
定义一个名为 log 的过程 (返回 Unit 的方法)，它接收一个 String 类型的 message，并在控制台打印出带时间戳的日志，如 [YYYY-MM-DD HH:MM:SS] message。

题目十一：无括号调用
给定 val s = "Scala"，使用无括号调用法获取其长度。

题目十二：lazy val 与方法
定义一个方法 connectToDatabase()，它会打印 “Connecting to database…” 并返回字符串 “Connection successful”。然后，创建一个 lazy val dbConnection 来调用此方法。在程序中先打印 “Script started.”，再打印 dbConnection 的值，并观察输出顺序。

题目十三：花括号调用法
定义一个方法 executeBlock(block: => String)，它会打印 “Starting execution…”，然后执行并打印传入的代码块的结果，最后打印 “Execution finished.”。使用花括号调用法向其传递一个简单的字符串 "Hello Block"。

题目十四：方法与函数区别
简述方法和函数在“本质”和“内存存储”上的核心区别。

题目十五：综合应用
定义一个方法 processString(s: String, f: String => String)，它接收一个字符串 s 和一个函数 f。该方法应用函数 f 到字符串 s 上，并打印结果。然后，定义一个 reverseString 的函数，并用 processString 方法调用它处理字符串 “abcde”。

答案与解析

答案一：

def getGreeting(name: String): String = {
  s"Hello, $name!"
}

解析： 这是一个标准的方法定义，包含参数、返回类型和方法体。

答案二：

def getGreeting(name: String = "World"): String = {
  s"Hello, $name!"
}
println(getGreeting()) // 输出 Hello, World!

解析： name: String = "World" 为 name 参数设置了默认值。

答案三：

def createPerson(name: String, age: Int, city: String): Unit = {
  println(s"$name, $age, from $city")
}
createPerson(city = "New York", age = 30, name = "John")

解析： 带名参数允许调用者不按声明顺序传递参数，提高了代码的可读性。

答案四：

def average(numbers: Double*): Double = {
  if (numbers.isEmpty) 0.0 else numbers.sum / numbers.length
}

解析： Double* 定义了变长参数。在方法内部，numbers 是一个 Seq[Double]，可以直接使用 .sum 和 .length 等集合方法。

答案五：

def sumUpTo(n: Int): Int = {
  if (n <= 0) 0 else n + sumUpTo(n - 1)
}

解析： 递归方法必须显式声明返回类型 (: Int)，以便编译器可以进行类型检查。

答案六：

val numbers = List(1, 2, 3, 4, 5)
val incremented = numbers map (_ + 1)
println(incremented) // 输出: List(2, 3, 4, 5, 6)

解析： numbers map (_ + 1) 是 numbers.map(_ + 1) 的中缀表示法。_ + 1 是一个匿名函数。

答案七：

val result = (10).*(5)
println(result)

解析： 10 * 5 是 10.*(5) 的中缀语法糖。标准的后缀调用法需要将对象 (10) 用括号括起来以调用 . 方法。

答案八：

val isEven = (n: Int) => n % 2 == 0
println(isEven(4)) // true
println(isEven(5)) // false

解析： val isEven = ... 定义了一个函数值。=> 是函数定义的标志。

答案九：

// 方法
def isOdd(n: Int): Boolean = n % 2 != 0

val numbers = List(1, 2, 3, 4)
// 将 isOdd 方法转换为函数并传递给 filter
val oddNumbers = numbers.filter(isOdd _)
println(oddNumbers) // 输出: List(1, 3)

解析： isOdd _ 使用 ETA Expansion 将 isOdd 方法转换成一个函数对象，使其可以被 filter 方法接受。

答案十：

def log(message: String): Unit = {
  // 简单的时间格式化
  val timestamp = new java.text.SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new java.util.Date())
  println(s"[$timestamp] $message")
}
log("User logged in.")

解析： 返回类型为 Unit 的方法称为过程，表示它执行一个动作但不返回有意义的值。

答案十一：

val s = "Scala"
val len = s.length
println(len)

解析： 对于无参方法，调用时可以省略括号 ()。

答案十二：

def connectToDatabase(): String = {
  println("Connecting to database...")
  "Connection successful"
}
lazy val dbConnection = connectToDatabase()

println("Script started.")
println(s"Connection status: $dbConnection")

输出顺序：

Script started.
Connecting to database...
Connection status: Connection successful

解析： connectToDatabase() 方法直到 dbConnection 第一次被访问时才执行。

答案十三：

def executeBlock(block: => String): Unit = {
  println("Starting execution...")
  println(s"Result: $block")
  println("Execution finished.")
}
executeBlock {
  "Hello Block"
}

解析： block: => String 定义了一个“传名参数”，它在被调用前不会被求值。花括号 {} 是向只有一个参数的方法传递代码块的常用语法。

答案十四：

本质: 方法是类或对象的成员，是代码行为的封装。函数是一个独立的对象，是 FunctionN 特质的实例。
内存存储: 方法存储在JVM的方法区 (与类定义一起)。函数作为对象存储在堆内存中。

答案十五：

// 方法，接收一个字符串和一个函数
def processString(s: String, f: String => String): Unit = {
  val result = f(s)
  println(s"Processed result: $result")
}

// 函数
val reverseString = (s: String) => s.reverse

// 调用
processString("abcde", reverseString) // 输出: Processed result: edcba

解析： processString 是一个高阶方法，因为它接收另一个函数 f 作为参数。reverseString 是一个函数值，被传递给 processString 进行应用。

日期：2025年9月3日
专栏：Scala教程