学好Spark必须要掌握的Scala技术点

前言

Scala是以JVM为运行环境的面向对象的函数式编程语言，它可以直接访问Java类库并且与Java框架进行交互操作。

正如之前所介绍，Spark是用Scala语言编写的，Kafka server端也是，那么深入学习Scala对掌握Spark、Kafka是必备掌握技能。

本篇文章主要介绍，在学习、编写Spark程序时，至少要掌握的Scala语法，多以示例说明。建议在用Scala编写相关功能实现时，边学习、边应用、边摸索以加深对Scala的理解和应用。

1. 变量、表达式、循环、Option、方法和函数

1.1 声明变量

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def main(args: Array[String]): Unit = {
    //使用val定义的变量值是不可变的，相当于java里用final修饰的变量
    val i = 1
    //使用var定义的变量是可变的，在Scala中鼓励使用val
    var s = "hello"
    //Scala编译器会自动推断变量的类型，必要的时候可以指定类型
    //变量名在前，类型在后
    val str: String = "hello"
}

1.2 表达式

1.2.1 条件表达式

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def main(args: Array[String]): Unit = {
    val x = 1
    
    // 判断x是否大于0，将最终结果赋给y，打印y
    // 二者等效， Scala语言强调代码简洁
    //    var y = if(x > 0) {x} else {-1}
    //    val y = if(x > 0) x else -1

    //   支持混合类型表达式，返回值类型是Any
    //    var y = if(x > 0) x else "no"

    // 如果缺失else，相当于if (x > 0) 1 else ()
    //    scala表达式中有一个Unit类，写作()，相当于java中void
    //    val y = if(x > 0) 1
    //    if和else if
    val f = if (x < 0) 0 else if (x >= 1) 1 else -1
    println(y)
}

1.2.2 块表达式

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def main(args: Array[String]): Unit = {
    val x = 0
    
     //  scala中{}可包含一系列表达式，块中运行最终结果为块的值
    val result = {
      if(x < 0)  -1  else if(x >= 1) 1  else "error"
    }
    println(result)
}

1.3 循环

Scala里面while循环和Java中的while循环使用方式类似，这里主要以for循环为例：

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def main(args: Array[String]): Unit = {
    // 表达式1 to 10返回一个Range区间，每次循环将区间中的一个值赋给i
    for (i <- 1 to 3) {
      println(i)
    }

    //i代表数组中的每个元素
    val arr = Array("a", 1, "c")
    for (i <- arr) {
      println(i)
    }
    
    //高级for循环
    //每个生成器都可以带一个条件，注意：if前面没有分号
    //相当于双层for循环，i每获得一个值对1to3进行全部遍历并赋值给j然后进行条件判断
    for (i <- 1 to 3; j <- 1 to 3 if (i != j)) {
      println(i   j)
    }

    //for推导式：如果for的循环体以yield开头，则该循环会构建一个集合
    //    每次迭代生成集合中的一个元素 集合类型为Vector
    var v = for (i <- 1 to 3) yield i * i
    println(v)

    //遍历一个数组，to：包头包尾；until：包头不包尾
    for (i <- arr.length - 1) {
      println(arr(i))
    }
    for(i <- 0 until arr.length) {
      println(arr(i))
    }
}

1.4 Option类型

在Scala中Option类型样例类用来表示可能存在或也可能不存在的值(Option的子类有Some和None)。Some包装了某个值，None表示没有值：

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def main(args: Array[String]): Unit = {
    val map = Map("a"->1,"b"->2)
//根据key获取value匹配match中的逻辑有值返回Some类型(已封装数据)，无值返回None
    val v = map.get("b") match {
      case Some(i) => i
      case None => 0
    }
    println(v)
    //更好的方式
    val value = map.getOrElse("c",0)
    println(value)
  }

1.5 方法和函数 Scala中的、-、*、/、%等操作符的作用与Java一样，位操作符&、|、^、>>、<<也一样。但在Scala中：这些操作符实际上是方法。例如：a b是a. (b)方法调用的简写：a 方法 b可以写成 a.方法(b)。

方法的返回值类型可以不写，编译器可以自动推断出来，但是对于递归函数，必须指定返回类型。

def str = "a" 成立，定义一个字符串

在函数式编程语言中，函数可以像任何其他数据类型一样被传递和操作：

偏函数：

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//偏函数，它是PartialFunction[-A, B]的一个实例，A代表参数类型，B代表返回值类型，常用作模式匹配（后文阐述）。
def func1: PartialFunction[String, Int] = {
    case "one" => 1
    case "two" => 2
    case _ => -1
  }
  def func2(num: String): Int = num match {
    case "one" => 1
    case "two" => 2
    case _ => -1
  }
  def main(args: Array[String]) {
    println(func1("one"))
    println(func2("three"))
}

2. 数组、映射、元组、集合 2.1 数组

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import scala.collection.mutable.ArrayBuffer
//scala导包比如导入scala.collection.mutable下所有的类:scala.collection.mutable._
object ArrayDemo {
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    println("======定长数组======")
    // 初始化一个长度为8的定长数组，所有元素初始化值为0
    var arr1 = new Array[Int](8)
    // 底层调用的apply方法
    var arr2 = Array[Int](8)
    
    //toBuffer会将数组转换成数组缓冲
    println(arr1.toBuffer) // ArrayBuffer(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0)
    println(arr1(2)) // 使用()来访问元素
    
    println("=======变长数组(数组缓冲)======")
    val varr = ArrayBuffer[Int]()
    //向数组缓冲尾部追加一个或多个元素( =)
    varr  = 1
    varr  = (2, 3)

    //追加一个数组用   =
    varr   = Array(4, 5)
    varr   = ArrayBuffer(6, 7)

    //指定位置插入元素-1和3；参数1：指定位置索引，参数2：插入的元素可以是多个
//    def insert(n: Int, elems: A*) { insertAll(n, elems) }
    varr.insert(0,-1,3)
    
    varr.remove(0) //删除指定索引处的元素
    //从指定索引处开始删除，删除多个元素；参1：指定索引，参2：删除个数
    varr.remove(0,2)
    
    // 从0索引开始删除n个元素
    //  varr.trimStart(2)

    //从最后一个元素开始删除，删除指定个数的元素(length-n max 0)
    varr.trimEnd(2)
    )
    
    //reduce ==>非并行化集合调用reduceLeft
    //(((1 8) 3) 5)...
    println(varr.reduce((x,y)=> x y))
    println(varr.reduce(_ _))
    println(varr.reduce(_-_))

Array("one","two","three").max //two，字符串比较大小，按照字母表顺序
Array("one","two","three").mkString("-")//以"-"作为数组中元素间的分隔符one-two-three
Array("one","two","three").mkString("1","-","2")//1one-two-three2
    
    //参1：arr元素的数组个数，参2：arr中每个数组中元素个数
   val arr = Array.ofDim[Int](2, 3)
    arr.head arr.last //数组的第一个和最后一个元素
  }
}

yield关键字将原始的数组进行转换会产生一个新的数组，原始的数组不变

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def main(args: Array[String]) {
    //定义一个数组
    val arr = Array(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9)
    //将偶数取出乘以10后再生成一个新的数组
    val res = for (e <- arr if e % 2 == 0) yield e * 10
    println(res.toBuffer)
   
    //filter过滤接收一个返回值为boolean的函数，过滤掉返回值为false的元素
    //map将数组中的每一个元素取出来(_)进行相应操作
    val r = arr.filter(_ % 2 == 0).map(_ * 10)
    println(r.toBuffer)
    
    //数组元素求和，最大值，排序
    println(arr.sum ":" arr.max ":" arr.sorted.toBuffer)
}

2.2 映射

在Scala中，把哈希表这种数据结构叫做映射，类似于Java中的Map。

在Scala中，有两种Map：

不可变Map：scala.collection.immutable.Map（可以存储一些配置或参数供多个线程访问，保证线程安全，具体还要结合业务实际场景），内容不可更改

可变Map：scala.collection.mutable.Map==>类似于Java中的HashMap，可以进行put、get、remove等操作，内容可变

map = ("c" -> 3) map = (("d",4)) 增加元素 -=移除元素 /-增加或移除一个元素并返回一个新的集合

注意：通常我们在创建一个集合时会用val这个关键字修饰一个变量，那么就意味着该变量的引用不可变，该引用中的内容是不是可变还取决于这个引用指向的集合的类型

2.3 元组

映射是K/V对偶的集合，对偶是元组的最简单形式，元组可以装着多个不同类型的值，元组是不可变的

zip命令可以将多个值绑定在一起（将两个数组/集合的元素一一对偶）：

注意：如果两个数组的元素个数不一致，拉链操作后生成的数组的长度为较小的那个数组的元素个数

对于元组val t = (1, 3.14, "Fred")，val (first, second, _) = t // second等于3.14

2.4 集合

Scala的集合有三大类：序列Seq、集Set、映射Map，所有的集合都扩展自Iterable特质。集合分可变（mutable）和不可变（immutable）两种类型，immutable类型的集合初始化后长度和内容都不能改变（注意与val修饰的变量进行区别）

2.4.1 Seq/List

在Scala中列表要么为空（Nil表示空列表）要么是一个head元素加上一个tail列表。

9 :: List(5, 2) :: 操作符是将给定的头和尾创建一个新的列表【注意：:: 操作符是右结合的，如9 :: 5 :: 2 :: Nil相当于 9 :: (5 :: (2 :: Nil))】

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def main(args: Array[String]): Unit = {
    //创建一个不可变集合
    val lt = List(1, 2, 3)
    /*//添加元素到lt前面生成一个新的List
    val lt2 = ("a", -1, 0) :: lt
    val lt3 = lt.::(0)
    val lt4 = 0  : lt
    val lt5 = lt. :(0)
    println(lt   "==>"   lt2   "=="   lt3   "=="   lt4   "=="   lt5)
    val lt6 = lt :  4
    println("添加元素到后面：" lt6 )*/

    //合并两个集合，lt0在lt前面
    val lt0 = List(4,5,6,7)
    val lt7 = lt0.union(lt)
    val lt8 = lt0    lt
    println(lt7  ":" lt8 )
    println("lt0在lt后面" lt    lt0)
    //将两个集合中的元素一一绑定，如果元素数不一致以较少元素集合为准
    println(lt0.zip(lt).toMap)

    //将lt0插入到lt前面生成一个新的集合
    println(lt0   : lt)
    println(lt.:::(lt0))
  }

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def main(args: Array[String]): Unit = {
//    构建一个可变列表，初始有3个元素1,2,3   alt enter导包
    val lst0 = ListBuffer[Int](1,2,3)
    //创建一个空的可变列表
    val lst1 = new ListBuffer[Int]
    //向lst1中追加元素，注意：没有生成新的集合
    lst1  = 4
    lst1.append(5)
    println(lst1)
    //将lst1中的元素最近到lst0中， 注意：没有生成新的集合
    println(lst0   = lst1)

    //将lst0和lst1合并成一个新的ListBuffer 注意：生成了一个集合
    println(lst0    lst1)
    //将元素追加到lst0的后面生成一个新的ListBuffer
    val lst3 = lst0 :  5
    println(lst3)
}

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def main(args: Array[String]): Unit = {
//    构建一个可变列表，初始有3个元素1,2,3   alt enter导包
    val lst0 = ListBuffer[Int](1,2,3)
    //创建一个空的可变列表
    val lst1 = new ListBuffer[Int]
    //向lst1中追加元素，注意：没有生成新的集合
    lst1  = 4
    lst1.append(5)
    println(lst1)
    //将lst1中的元素最近到lst0中， 注意：没有生成新的集合
    println(lst0   = lst1)

    //将lst0和lst1合并成一个新的ListBuffer 注意：生成了一个集合
    println(lst0    lst1)
    //将元素追加到lst0的后面生成一个新的ListBuffer
    val lst3 = lst0 :  5
    println(lst3)
  }
 def main(args: Array[String]): Unit = {
 /*   //创建一个List
    val lst0 = List(1,7,9,8,0,3,5,4,6,2)
    //将lst0中每个元素乘以10后生成一个新的集合
    val lst1 = lst0.map(_*10)
    val lst2 = for(i <- lst0) yield i * 10
    println(lst1   ":"  lst2)
    //将lst0中的偶数取出来生成一个新的集合
    val lst3 = lst0.filter(_ % 2 == 0)
    val lst4 = for(i <- lst0 if(i % 2 == 0)) yield i
    println(lst3   ":"  lst4)
    //将lst0排序后生成一个新的集合
    val lst5 = lst0.sorted//升序
    val lst6 = lst0.sortWith(_>_)//降序
    val lst7 = lst0.sortBy(x => x)//升序
    println(lst5   ":"  lst6   ":"  lst7)
    //反转顺序
    println(lst5.reverse)
    //将lst0中的元素4个一组,类型为Iterator[List[Int]]
    val it = lst0.grouped(4)
//    println(it.toBuffer)
    //将Iterator转换成List
    val lst8 = it.toList
    //将多个list压扁成一个List
    println(lst8.flatten)

    //先按空格切分，再压平
    val lines = List("hello tom hello jerry", "hello jerry", "hello kitty")
    lines.map(_.split(" ")).flatten
lines.flatMap(_.split(" "))//
    //并行计算求和
    println(lst0.par.sum)
    println(lst0.par.reduce(_ _))//非指定顺序
    println(lst0.par.reduceLeft(_ _))//指定顺序

    //折叠：有初始值（无特定顺序）
    val lst11 = lst0.fold(100)((x, y) => x   y)
    //折叠：有初始值（有特定顺序）
    val lst12 = lst0.foldLeft(100)((x, y) => x   y) */
    //聚合
    val arr = List(List(1, 2, 3), List(3, 4, 5), List(2), List(0))
//    println(arr.flatten.sum)
    /*先局部求和，再汇总
 _ _.sum：第一个下划线是初始值和后面list.sum和,_.sum是list的和,非并行化时只初始化1次只携带1次
    _ _：初始值和list元素和的和 */
    val result = arr.aggregate(10)(_ _.sum,_ _)
    val res = arr.aggregate(10)((x,y)=>x y.sum,(a,b)=>a b)
    println(result ":" res)

    val l1 = List(5,6,4,7)
    val l2 = List(1,2,3,4)
    //求并集
    val r1 = l1.union(l2)
    //求交集
    val r2 = l1.intersect(l2)
    //求差集
    val r3 = l1.diff(l2)
    println(r3)
  }

2.4.2 Set

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  def main(args: Array[String]): Unit = {
    //不可变Set
   /* val set1 = new HashSet[Int]()
    //将元素和set1合并生成一个新的set，原有set不变
    val set2 = set1   4
    //set中元素不能重复
    val set3 = set1    Set(5, 6, 7)
    val set0 = Set(1,3,5)    set3
    println(set0)*/

    //创建一个可变的HashSet
    val set1 = new mutable.HashSet[Int]()
    //向HashSet中添加元素
    set1  = 2
    //add等价于 =
    set1.add(4)
    set1   = Set(1,3,5)
    println(set1)
    //删除一个元素
    set1 -= 5
    set1.remove(2)
    println(set1)
  }

3. 类、对象、继承和trait

3.1 类

3.1.1 类的定义

Scala中，可以在类中定义类、以在函数中定义函数、可以在类中定义object；可以在函数中定义类，类成员的缺省访问级别是：public

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//在Scala中，类不用声明为public
//Scala源文件中可以包含多个类，所有这些类都具有公有可见性
class Person {
  //val修饰的变量是只读属性，相当于Java中final修饰的变量，只提供get()
  val id = "1"
  //var修饰的变量，提供get()和set()
  var age: Int = 18
  //类私有字段，只有本类和本类的伴生对象可以访问
  private var name = "zs"
  //对象私有字段只有本类能访问
  private[this] val pet = "xq"
}

/**(单例对象，静态对象)
  * 伴生对象：与class名相同，并且在同一个文件中*/
object Person {
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    val p = new Person
//    p.id = "2"//    p.pet
    println(p.id  ":" p.age ":" p.name)
    p.name = "ls"
    p.age = 20
    println(p.age ":" p.name)
  }
}

3.1.2 构造器

Scala主要分主构造器和辅助构造器两种：

主构造器里面的变量会被执行，方法会被加载，调用的方法会被执行

辅助构造器（相当于重载的构造函数）不可以直接调用超类的主构造器

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/**每个类都有主构造器，主构造器的参数直接放置类名后面，可以在主构造器中对字段赋值，对于主构造器中参数已赋值的在new的时候可以不再赋值
private[com.bigdata] class Study{}：只有com.bigdata或其子包下的类能访问Stu

class Stu(name:String){}：构造参数name没有val、var修饰

相当于private[this] name:String ，只有本类能访问
 class Stu private(name:String){}：private修饰主构造器(私有构造器)，只有伴生对象能new */
 
class Student(val name: String, val age: Int) {
  //主构造器会执行类定义中的所有语句
  println("执行主构造器")
  try {
    println("读取文件")
    throw new IOException("io exception")
  } catch {
    case e: NullPointerException => println("打印异常Exception : "   e)
    case e: IOException => println("打印异常Exception : "   e)
  } finally {
    println("执行finally部分")
  }
  
  private var gender = "male"
  
  //用this关键字定义辅助构造器
  def this(name: String, age: Int, gender: String){
    //每个辅助构造器必须以主构造器或其他的辅助构造器的调用开始
this(name, age)

    this.gender = gender
  }
}

3.1.3 Class

Scala中类可以通过classOf[A]获取类型，Object单例/伴生只能通过.getClass获取。

classOf和getClass区别：

getClass方法得到的是Class[A]的某个子类，而classOf[A]得到是正确的 Class[A]，但是去比较的话，这两个类型是equals为true的。这种细微的差别，体现在类型赋值时，因为java里的Class[T]是不支持协变的，所以无法把一个 Class[_ < : A] 赋值给一个 Class[A]。

类型检查和转换：

Scala	Java
obj.isInstanceOf[C]：判断obj是否属于C类型	obj instanceof C
obj.asInstanceOf[C]：转换	(C)obj
classOf[C]	C.class

3.2 对象

3.2.1 单例对象和伴生对象

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1.单例对象
在Scala中没有静态方法和静态字段，但是可以使用object这个语法结构来达到同样的目的。主要作用：
1）存放工具方法和常量
2）高效共享单个不可变的实例
3）单例模式

2.伴生对象
单例对象，不需要new，用【类名.方法】调用单例对象中的方法
伴生对象
在scala的类中，与类名相同且与该类在同一个文件的对象叫伴生对象。类和伴生对象之间可以相互访问私有的方法和属性，但类的字段被private[this]修饰的只有本类能访问

3.2.2 应用程序对象

Scala程序都必须从一个对象的main方法开始，可以通过扩展App特质，不写main方法。

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object AppObjectDemo extends App{
  //不用写main方法
  println("Scala")
}

3.2.3 apply和unapply方法

通常我们会在类的伴生对象中定义apply方法，当遇到类名(参数1,...参数n)时apply方法会被调用。

apply方法有点类似于java中的构造函数，接受构造参数变成一个对象。

unapply方法就刚好相反，它是接收一个对象，从对象中提取出相应的值，主要用于模式匹配（后文阐述）中。

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def main(args: Array[String]) {
    //调用了Array伴生对象的apply方法
    //def apply(x: Int, xs: Int*): Array[Int]
    //arr1中只有一个元素5
    val arr1 = Array(5)
//def apply[T: ClassTag](xs: T*): Array[T] = {}
    var arr2 = Array[Int](8)
    println(arr1.toBuffer)
    //new了一个长度为5的array，数组里面包含5个null（没有指定泛型）
    var arr2 = new Array(5)
}

3.3 继承和trait

在Scala中继承类的方式和Java一样都是使用extends关键字，继承多个类后面有with关键字。

Scala中没有接口，而是trait即特质，类似Java1.8中的接口，其中可以包含抽象方法也可以有已实现的方法。

在Scala中重写一个非抽象的方法(没有被实现)必须使用override修饰符，抽象方法可以使用也可以不使用override。

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trait Flyable {
  def fly(): Unit = { println("I can fly")  }
}
abstract class Animal {
  def run(): Int
  val name: String
}
/*class Human extends Animal with Flyable
  class Human extends Flyable with其他trait(特质)
*/
class Human extends Animal with Flyable {
  val name = "lz"
  //t1、t2、、tn打印n次ABC，t1=(1, 2, 3,4)(a->1,b->2,c->3,d->4)
  val t1, t2,t3, (a, b, c,d) = {
    println("ABC")
    (1, 2, 3,4)
  }
//scala中重写一个非抽象方法必须使用override关键字
  override def fly(): Unit = { println("123") }
//重写抽象方法可以使用也可以不使用override关键字
  def run(): Int = { 1 }
}
object Main {
  def main(args: Array[String]): Unit = {
    val h = new Human
    println(h.t1 ":" h.a ":" h.b ":" h.c ":" h.t2)
  }
}

4. 模式匹配和样例类

4.1 模式匹配 Scala有一个十分强大的模式匹配机制，可以应用到很多场合：如替代Java中的switch语句、类型检查等。

并且Scala还提供了样例类，对模式匹配进行了优化，可以快速进行匹配。

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// 1. 匹配字符串
import scala.util.Random
object Case01 extends App {
  val arr = Array(1, 2, 3)
  val i = arr(Random.nextInt(arr.length))
  i match {
    case 1 => {println(i)}
    case 2 => {println(i)}
//下划线_：代表匹配其他所有类似于switch语句中default
    case _ => {println(i)}
  }
}

// 2. 匹配类型
import scala.util.Random
object Case02 extends App {
  val arr = Array("a", 1, -2.0, Case02)
  val elem = arr(Random.nextInt(arr.length))
  println(elem)
  elem match {
    case x:Int => {println("Int" x)}
//模式匹配时可以加守卫条件，如果不符合守卫条件，走case_
    case y:Double if(y>=0) => println("Double "  y)
    case Case02 => {println("Int" Case02)}
    case _ => {println("default")}
  }
}

// 3. 匹配数组
object Case03 extends App {
  /*  val arr = Array(0, 3, 5)
    arr match {
      case Array(1,x,y) => println(x ":" y)
      case Array(0) => println("only 0")
        //表示匹配首元素是0的数组
      case Array(0,_*) => println("0 ...")
      case _ => println("else")
    }*/
  /*  val lst = List(0,-1,1,2)
    //head首元素，tail除首元素之外的元素 take从1开始取
    println(lst.head ":" lst.tail ":" lst.take(1))
    lst match {
        //首元素0，Nil代表空列表
      case 0 :: Nil => println("only 0")
        //只有两个元素
      case x :: y :: Nil => println(s"x:$x--y:$y")
      case 0 :: x => println(s"0...$x")//head和tail
      case _ => println("else")
    }*/
  val tup = (-1.2, "a", 5)
  tup match {
    //元组有几个元素,case后跟的元组也要有几个元素
    case (1, x, y) => println(s"hello 123 $x , $y")
    case (_, z, 5) => println(z) //前两个元素为任意值
    case _ => println("else")
  }
  val lst1 = 9 :: (5 :: (2 :: Nil))
  val lst2 = 9 :: 5 :: 2 :: List()
  println(lst2 ":" lst1)//952:952
}

4.2 样例类

可用于模式匹配、封装数据(多例)。case class多例，后面跟构造函数；case object是单例的：

代码语言：javascript复制

import scala.util.Random
case class Task(id:String)
case class HeartTime(private val time:Long)//构造case class可new可不new
case object CheckTimeOut

object Main {
    def main(args: Array[String]) {
        val arr = Array(CheckTimeOut, HeartBeat(88888), Task("0001"))
        val a = arr(Random.nextInt(arr.length))

       a match {
            case Task(id) => {println(s"$id")}//取id值 固定写法
            case HeartTime(time) => {println(s"$time")}
            case CheckTimeOutTask => {
                println("check")
            }
            
            //匹配其他情况
            case _ => prinln("do something")
         }
    }
}

5. 高阶函数

Scala中的高阶函数包含：作为值的函数、匿名函数、闭包、柯里化等，可以把函数作为参数传递给方法或函数。

5.1 作为值的函数

定义函数时格式：val 变量名 = (输入参数类型和个数) => 函数实现和返回值类型和个数。

=：表示将函数赋给一个变量

=>：左面表示输入参数名称、类型和个数，右边表示函数的实现和返回值类型和参数个数