如何将嵌套的HList of HLists结构扁平化为类型安全的单层HList

可以基于Shapeless自定义递归类型类实现该需求，同时满足运行时结构转换、静态类型自动正确推导两个要求。

场景示例 #

运行时获取的嵌套HList实例示例：

(2 :: HNil) :: (1001 :: HNil) :: (1001 :: HNil) :: HNil

对应静态类型：

(Int :: HNil) :: (Long :: HNil) :: (Long :: HNil) :: HNil

这类嵌套HList的结构、元素类型在运行时不固定，也可能为如下形式：

(Int :: HNil) :: (String :: HNil) :: HNil

需要将其扁平化为单层HList，以上述第一个示例为例，目标输出值为：

2 :: 1001 :: 1001 :: HNil

对应目标静态类型为：

Int :: Long :: Long :: HNil

具体实现 #

核心思路是通过类型类递归拆解HList结构，区分头元素是否为HList做对应处理，借助Shapeless自带的Prepend完成HList拼接，自动推导最终类型：

import shapeless._

// 定义扁平化类型类，输入为嵌套HList类型IN，输出为扁平化后HList类型OUT
trait Flatten[IN <: HList, OUT <: HList] {
  def apply(input: IN): OUT
}

// 基础规则：空HList扁平化后仍为空HList
implicit val hnilFlatten: Flatten[HNil, HNil] = (input: HNil) => HNil

// 递归规则1：当前头元素本身是HList，先打平头元素、再打平尾部，最后拼接两个打平结果
implicit def hlistHeadFlatten[H <: HList, HOut <: HList, T <: HList, TOut <: HList](
  implicit
  flattenHead: Flatten[H, HOut],
  flattenTail: Flatten[T, TOut],
  prepend: Prepend[HOut, TOut]
): Flatten[H :: T, prepend.Out] = (input: H :: T) => {
  val head :: tail = input
  prepend(flattenHead(head), flattenTail(tail))
}

// 递归规则2：当前头元素是普通非HList值，将其放入结果头部，拼接打平后的尾部
implicit def plainHeadFlatten[H, T <: HList, TOut <: HList](
  implicit
  flattenTail: Flatten[T, TOut],
  prepend: Prepend[H :: HNil, TOut]
): Flatten[H :: T, prepend.Out] = (input: H :: T) => {
  val head :: tail = input
  prepend(head :: HNil, flattenTail(tail))
}

// 对外调用封装
def flatten[IN <: HList, OUT <: HList](input: IN)(implicit f: Flatten[IN, OUT]): OUT = f(input)

使用效果 #

直接调用flatten方法即可，编译器会自动推导扁平化后的正确静态类型：

// 测试两层嵌套示例
val nested1 = (2 :: HNil) :: (1001L :: HNil) :: (1001L :: HNil) :: HNil
val flat1 = flatten(nested1)
// flat1 静态类型为 Int :: Long :: Long :: HNil，运行时值为 2 :: 1001 :: 1001 :: HNil

// 测试不同元素类型的嵌套示例
val nested2 = (2 :: HNil) :: ("demo" :: HNil) :: HNil
val flat2 = flatten(nested2)
// flat2 静态类型为 Int :: String :: HNil，运行时值为 2 :: "demo" :: HNil

该实现不限制嵌套层级，三层及以上的嵌套HList也可以正确打平，类型推导全程由编译器完成，无运行时类型安全问题。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Shivam