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A tutorial for Functional programming in Scala

• Setup
  • 安装Java 8 JDK
  • 安装sbt, 0.13.13或更高版本
  • Hello world with sbt
  • REPL
• Basics in Scala
  • val vs var
  • Expression
  • Function
  • Common data structure
• Scala类型系统：Parameterized Types 和 Variances
  • Why variance
• Common used libraries
• Cats
  • Id
  • Either
  • Eval Manad
  • Writer
  • State
  • Custom Monad
  • Monad transformer
  • Validated
• Http4s
• Shapeless
• References

Setup

安装Java 8 JDK

打开terminal，检查版本

java -version

如果没有安装，请在这里下载

安装sbt, 0.13.13或更高版本

Mac OSX 使用brew进行安装:

brew install sbt

Linux 安装: #TODO

Hello world with sbt

sbt 0.13.13 增加了new命令，可以根据模块创建Scala项目。

sbt new sbt/scala-seed.g8

根据提示信息，输入你的项目名，完成项目的创建:

A minimal Scala project.

name [Scala Seed Project]: scala-walk-through

Template applied in ./scala-walk-through

现在我们已经有了一个最基本的项目，查看目录结构：

ls -l scala-walk-through
total 8
-rw-r--r--  1 kcsun  staff  282 Jan  3 12:00 build.sbt
drwxr-xr-x  4 kcsun  staff  136 Jan  3 12:00 project
drwxr-xr-x  4 kcsun  staff  136 Jan  3 12:00 src

它们的职责如下：

• build.sbt, 项目的构建文件，包含了项目的基本信息。
• project, 本目录中包含了项目构建过程所依赖的第三方插件等。
• src, 代码包括测试代码的源文件目录。sbt代码管理风格和Maven一致。

修改源代码，将src/main/scala/example/Hello.scala，其中一行修改为:

lazy val greeting: String = "Hello, Functional Programming!"

通过sbt运行程序有两种方式，直接通过sbt run运行；或者执行sbt进入交互REPL模式，再执行run。输出：

Hello, Functional Programming!

Ctrl + d 或输入exit退出sbt。

REPL

REPL (Read-Eval-Print Loop)是编程语言的交互执行环境，可以通过下面两种方式进入Scala的REPL：

• sbt console
• amm 其中amm是第三方REPL工具，支持语法高亮、代码复制等用户友好的操作。通过如下命令进行安装：

sudo curl -L -o /usr/local/bin/amm https://git.io/vdNv2 && sudo chmod +x /usr/local/bin/amm && amm

Basics in Scala

本文包含一些基本的语法和概念，如常量、变量、表达式、函数等。可以通过REPL进行练习，增加对语法的熟悉。

val vs var

通过val, 可以将表达式的结果赋值给一个常量，常量值不能改变。

scala> val three = 1 + 2
two: Int = 3

var定义的值为变量，可被修改。

scala> var name = "dasheng"
name: String = dasheng

scala> name = "kaichao"
name: String = kaichao

Expression

Scala中几乎所有的语句都是表达式，就连if else、patter match也都是表达式。 expressions 总是返回结果，几乎不产生任何side effect；相反，statements 并不返回任何结果，仅仅为了获取side effect而执行。 EOP（expression-oriented programming）是函数式编程语言的共有特点，更多内容请参考这里。 通过EOP，代码变得：

• easy to reason about
• easy to test
• excute in parallel

scala> if (true) 1 else 0
res0: Int = 1

scala> "hp" match {
     |   case "hp" => "computer"
     |   case _ => "non-computer"
     | }
res1: String = computer

Function

Functions vs Methods

Common data structure

List:

scala> List(1,2,3)
res0: List[Int] = List(1, 2, 3)

scala> 1 :: 2 :: 3 :: Nil
res1: List[Int] = List(1, 2, 3)

Set:

scala> Set(1, 1, 2)
res2: scala.collection.immutable.Set[Int] = Set(1, 2)

Seq:

scala> Seq(1,1,2)
res3: Seq[Int] = List(1, 1, 2)

Map:

scala> Map('a'->1, 'b'->2)
res4: res1: scala.collection.immutable.Map[Char,Int] = Map(a -> 1, b -> 2) 

Stream:

Scala类型系统：Parameterized Types 和 Variances

Why variance

Scala中集合是covariance，我们可以使用子类集合替换父类集合。例如，List[Circle]可以用于任意需要一个List[Shape]的地方，因为Circle是Shape的子类。

Contravariance, 当构造代表一些操作的类型时，十分有用。如JsonWriter type class:

trait Json
trait JsonWriter[-A] {
  def write(value: A): Json
}

val shape: Shape = ???
val circle: Circle = ???

val shapeWriter: JsonWriter[Shape] = ???
val circleWriter: JsonWriter[Circle] = ???

def format[A](value: A, writer: JsonWriter[A]): Json =
  writer.write(value)

JsonWriter[Shape]是JsonWriter[Circle]的子类，也就是所，任何使用shapeWriter的地方可以用circleWriter替换。 那么我们的circle就可以和任意一个writer结合使用。

Common used libraries

Cats

常用的Monad

Id

import cats.{Id, Monad}
import cats.syntax.functor._ // for map
import cats.syntax.flatMap._ // for flatMap

val a = Monad[Id].pure(3)
// a: cats.Id[Int] = 3
val b = Monad[Id].flatMap(a)(_ + 1)
// b: cats.Id[Int] = 4

for {
  x <- a
  y <- b
} yield x + y
// res6: cats.Id[Int] = 7

Either

Eval Manad

Eval有三个子类型，Now、Later和Always。

import cats.Eval

val now = Eval.now(1)
val later = Eval.later(2)
val always = Eval.always(3)

通过value方法进行取值。

Eval和Scala lazy的比较：

scala	cats	properties
val	Now	eager, memoized
lazy val	Later	lazy, memoized
def	Always	lazy, not memoized

Writer

State

Custom Monad

通过实现flatMap, pure, tailRecM为一个自定义的类型提供Monad。

Monad transformer

Cats为很多Monad提供了transformer，以T结尾，如：EitherT是Either和其他Monad组合，OptionT组合Option和其他Monad。

Validated

• map, leftMap, bimap
• toEither
• withEither
• ensure

Http4s

HTTP applications are jsut a Kleisli function from a streaming request to a polymorphic effect of a streaming reponse.

https://rossabaker.github.io/boston-http4s/

Circe

Shapeless

Function1:

val f: A => B = ???

Natural Transformation:

val nat: F ~> G
or 
val nat: F[A] => G[A]

References

[1] https://blog.codecentric.de/en/2015/03/scala-type-system-parameterized-types-variances-part-1/