如何让trait的实现者定义上下文参数类型

问题描述 #

希望在库中定义一个trait，其中某个方法的上下文参数类型由库的调用方（即trait的实现者）指定。现有示例代码因上下文类型不匹配导致编译失败，需要找到可行的实现方式。

原示例代码 #

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// 库代码
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trait Animal:
    // 目标：传递给`make_sound`的上下文类型由实现者定义
    def make_sound()(using ctx: ???): Unit


def do_something(animal: Animal) = {
    animal.make_sound()
}

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// 用户代码
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trait CatMakeSoundContext:
    def get_claw_length(): Int

class Cat extends Animal:
    // 编译失败，因为与`Animal`中的签名不一致
    override def make_sound()(using ctx: CatMakeSoundContext) = {
        if ctx.get_claw_length() > 2 {
            println("scratch!")
        } else {
            println("meow")
        }
    }

class MyCatMakeSoundContext extends CatMakeSoundContext {
    override def get_claw_length(): Int = 2
}

def call_example() = {
    val cat: Cat = ...;
    val claw_context = MyCatMakeSoundContext()    
      
    // 通过某种方式用`given`子句设置`claw_context`
    // 供`animal.make_sound()`使用
 
    // 调用`do_something()`，最终会将`claw_context`
    // 作为`make_sound()`中隐式参数`ctx`的值
    do_something(cat)
}

解决方案：使用泛型Trait #

核心思路是给Animal trait添加泛型参数，用来表示该动物类型所需的上下文类型。这样每个实现类都可以指定自己的上下文类型，同时保证方法签名的一致性。

修改后的库代码 #

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// 库代码
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// 新增泛型参数C，表示该Animal所需的上下文类型
trait Animal[C]:
    def make_sound()(using ctx: C): Unit

// 将do_something改为泛型方法，接收特定上下文类型的Animal
def do_something[C](animal: Animal[C])(using ctx: C) = {
    animal.make_sound()
}

修改后的用户代码 #

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// 用户代码
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trait CatMakeSoundContext:
    def get_claw_length(): Int

// Cat实现Animal时指定上下文类型为CatMakeSoundContext
class Cat extends Animal[CatMakeSoundContext]:
    override def make_sound()(using ctx: CatMakeSoundContext) = {
        if ctx.get_claw_length() > 2 {
            println("scratch!")
        } else {
            println("meow")
        }
    }

class MyCatMakeSoundContext extends CatMakeSoundContext {
    override def get_claw_length(): Int = 2
}

def call_example() = {
    val cat = Cat()
    given claw_context: CatMakeSoundContext = MyCatMakeSoundContext()
    
    // 此时调用do_something会自动传入给定的上下文
    do_something(cat)
}

补充说明 #

如果需要处理多种不同上下文类型的Animal，可以使用Scala的存在类型定义通用类型：

type AnyAnimal = Animal[_]

但这种情况下无法直接调用make_sound，因为编译器无法确定所需的上下文类型。因此更推荐保持泛型设计，让调用方明确传递上下文，或者根据业务场景引入更抽象的上下文父类型，让不同实现类共享基础上下文能力。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者plafer