Scala 3 — Иерархия типов

// уровень 0 · абсолютный суперкласс

sealed abstract class · top type

Any

Суперкласс всех типов Scala — единственный тип без суперкласса.
Методы: ==, !=, equals, ##, hashCode, toString,
isInstanceOf[T], asInstanceOf[T]

Top Type abstract sealed JVM: Object + primitives

наследуют Any напрямую

// уровень 1 · Scala 3 — безопасный pattern matching

trait · Scala 3 new · sealed

Matchable

Новый в Scala 3. Маркирует типы, которые можно безопасно сопоставить в match.
Без него Any нельзя матчить — компилятор выдаст предупреждение.
Все конкретные типы (AnyVal, AnyRef) расширяют Matchable.
Параметр типа [T] без ограничения — это Any, не Matchable.

Scala 3 trait sealed

два ствола иерархии

// уровень 2 · value types vs reference types

abstract class · value types

AnyVal

База всех value types. На JVM — примитивы (int, double…), без аллокации на куче.
В nullable-контексте автоматически боксируются в Integer и т.д.
Value class: class Wrapper(val v: Int) extends AnyVal

abstract JVM primitives

abstract class · reference types

AnyRef

База всех reference types — синоним java.lang.Object.
Добавляет: eq/ne (ссылочное равенство), synchronized, wait, notify.
Все пользовательские классы, трейты и объекты расширяют AnyRef.

abstract java.lang.Object

value types (AnyVal → ...)

// уровень 3a · примитивные value types

final class

Int

32-бит знаковое целое.
−2³¹…2³¹−1
Literal: 42, 0xff

int / Integer

final class

Long

64-бит знаковое целое.
Суффикс: 42L

long / Long

final class

Short

16-бит знаковое целое.
−32 768 … 32 767

short / Short

final class

Byte

8-бит знаковое.
−128 … 127

byte / Byte

final class

Float

IEEE 754, 32-бит.
Суффикс: 3.14f

float / Float

final class

Double

IEEE 754, 64-бит.
По умолчанию: 3.14

double / Double

final class

Char

UTF-16 символ.
Literal: 'A', '\n'
Является AnyVal, не Int

char / Character

final class

Boolean

true / false.
Операторы: &&, ||, !

boolean / Boolean

final class · singleton

Unit

Аналог void.
Единственное значение: ().
Функции без return → Unit

void

reference types (AnyRef → ...)

// уровень 3b · прямые наследники AnyRef

final class

String

java.lang.String. Неизменяемая последовательность символов.
Интерполяция: s"hi $name", f"$x%.2f", raw"\n", s"""...

java.lang.String

trait · sealed

Product

Основа всех case class и кортежей.
productArity: Int, productElement(n), productIterator.
Реализуется автоматически при case class.

traitsealed

trait · Scala 3

scala.reflect.Enum

База всех Scala 3 enum.
enum Color { case Red, Green, Blue }
Методы: ordinal: Int, values, valueOf.
В отличие от Java — может иметь параметры и методы.

Scala 3trait

trait · covariant

Iterable[+A]

Корень иерархии коллекций.
iterator: Iterator[A], map, filter, flatMap, foldLeft…
Все коллекции — функторы и монады.

traitimmutable

sealed abstract class · covariant

Option[+A]

Монада Optional. Заменяет null.
Some(value) / None.
Методы: map, flatMap, getOrElse, fold, orElse

sealed

sealed abstract class

Either[+A, +B]

Left[A] (ошибка) / Right[B] (успех).
Right-biased: map/flatMap работают с Right.
Альтернатива Try для функциональной обработки ошибок.

sealed

class

Throwable

База исключений и ошибок.
message: String, cause: Throwable, getStackTrace.
try { } catch { case e: Ex => }

java.lang.Throwable

final class · special

Null

Подтип всех AnyRef-типов.
Единственное значение: null.
В Scala 3 есть флаг -Yexplicit-nulls, делающий null явным. Предпочитай Option.

avoidexplicit-nulls

final class · mutable

Array[T]

Обёртка над JVM-массивом T[].
Мутабельный, фиксированного размера. O(1) доступ.
Инвариантен — Array[Int] ≠ Array[Any].
Через ArrayOps получает все методы Seq.

mutableT[]invariant

opaque type · Scala 3

IArray[+T]

opaque type IArray[+T] = Array[T]
Иммутабельный массив — нулевой overhead!
Компилятор запрещает мутацию снаружи.
Ковариантен: IArray[Int] <: IArray[Any].
Scala 3 эксклюзив, быстрее чем Vector.

Scala 3immutableopaque

Iterable → immutable.* и mutable.* ветви

// уровень 4a · immutable vs mutable интерфейсы

trait · immutable

immutable.Seq[+A]

Упорядоченная неизменяемая последовательность.
apply(i), length, indexOf, sorted

immutableread-only

trait · immutable

immutable.Set[A]

Множество без дублей.
contains, union, intersect, diff

immutable

trait · immutable

immutable.Map[K,+V]

Пары ключ-значение.
get(k), updated(k,v), keys, values

immutable

trait · mutable

mutable.Seq[A]

Упорядоченная мутабельная последовательность.
update(i, v), sortInPlace()

mutable

trait · mutable

mutable.Set[A]

Мутабельное множество.
add(e), remove(e), clear()

mutable

trait · mutable

mutable.Map[K,V]

Мутабельная Map.
put(k,v), remove(k), update(k,v)

mutable

final case class

Some[+A]

Содержит значение value: A.
Some(42)

case object

None

Отсутствие значения.
Option.empty[A] = None

final case class

Left[+A, +B]

Левое (ошибочное) значение.
Left("error")

final case class

Right[+A, +B]

Правое (успешное) значение.
Right(42)

class

Exception

Ожидаемые ошибки.
RuntimeException, IOException, IllegalArgumentException…

java.lang.Exception

class

Error

Критические ошибки JVM.
StackOverflowError, OutOfMemoryError. Не перехватывай!

java.lang.Error

иммутабельные реализации коллекций

// уровень 5a · immutable collections

sealed abstract class

List[+A]

Односвязный список. :: / Nil.
O(1) prepend. Pattern: case h :: t

sealedimmutable

final class

Vector[+A]

O(log₃₂ n) доступ и обновление.
Лучший выбор для произвольного доступа.

immutable

sealed abstract class

LazyList[+A]

Ленивый список. Заменяет Stream.
LazyList.iterate(0)(_ + 1) — ∞

replaces Streamlazy

sealed abstract class

ArraySeq[+T]

Иммутабельная обёртка над Array.
Ковариантна. O(1) доступ. Без боксинга для примитивов.

immutablebacked by Array

final class

Queue[+A]

Функциональная FIFO-очередь.
O(1) enqueue/dequeue амортизированно.
Два внутренних списка.

immutable

final class

Range

Целочисленный диапазон без хранения элементов.
1 to 10, 0 until 100 by 2
O(1) память независимо от размера!

immutableInt only

final class

NumericRange[T]

Диапазон для любого числового типа.
BigDecimal, Long, Float…
Требует Integral[T] или Fractional[T].

immutable

final class

HashSet[A]

Set на хэш-таблице (HAMT). O(1) lookup.
Порядок не гарантирован.

immutable

final class

TreeSet[A]

Отсортированный Set (red-black).
O(log n). Требует Ordering[A].

immutablesorted

final class

ListSet[A]

Set на связном списке.
Сохраняет порядок вставки. O(n) lookup.
Только для маленьких коллекций.

immutable

final class

BitSet

Set для неотрицательных Int значений.
Хранит как битовую маску. Крайне компактен.
BitSet(1, 3, 5)

immutableInt only

final class

HashMap[K,+V]

Map на хэш-таблице (HAMT). O(1) lookup.
Структурное sharing при обновлениях.

immutable

final class

TreeMap[K,+V]

Отсортированная Map (red-black).
O(log n). Требует Ordering[K].

immutablesorted

final class

VectorMap[K,+V]

Map с гарантированным порядком вставки.
O(1) lookup + сохраняет порядок.
Добавлен в Scala 2.13.

immutableordered

trait

SortedMap[K,+V]

Трейт сортированной Map.
Impl: TreeMap. Требует Ordering[K].

immutable

sealed class · Scala 3

Tuple

(1, "hi", true) : (Int, String, Boolean)
EmptyTuple + *: cons.
Неограниченная арность. Match types.

Scala 3immutable

мутабельные реализации коллекций

// уровень 5b · mutable collections

final class · mutable

ArrayBuffer[A]

Динамический массив. O(1) амортизированный append.
+=, -=, insert, remove

mutablearray backed

final class · mutable

ArrayDeque[A]

Двусторонняя очередь на кольцевом буфере.
O(1) prepend и append с обоих концов.
Замена mutable.Queue и Stack.

mutabledeque

final class · mutable

ListBuffer[A]

Буфер для построения List.
O(1) prepend/append. .toList — O(1)!
Стандартный способ строить List.

mutable

final class · mutable

mutable.HashSet[A]

Мутабельный Set на хэш-таблице.
O(1) add/remove/contains.

mutable

mutable · sorted

mutable.TreeSet[A]

Мутабельный отсортированный Set.
O(log n). Требует Ordering[A].

mutablesorted

final class · mutable

mutable.HashMap[K,V]

Мутабельная Map на хэш-таблице.
O(1) put/get/remove.

mutable

final class · mutable

mutable.TreeMap[K,V]

Мутабельная отсортированная Map.
O(log n). scala.collection.mutable.

mutablesorted

final class · mutable

LinkedHashMap[K,V]

Мутабельная Map с порядком вставки.
O(1) доступ + сохраняет порядок.
scala.collection.mutable

mutableordered

специальные типы и возможности Scala 3

// Scala 3 — новые конструкции системы типов

Union Types A | B

Значение является либо A, либо B.
def f(x: Int | String): String
Pattern matching работает исчерпывающе.
Заменяет Either в простых случаях.

Intersection Types A & B

Значение является одновременно A и B.
def f(x: Resizable & Drawable): Unit
Заменяет составные трейты в большинстве мест.
Коммутативен: A & B =:= B & A.

Opaque Type Aliases

opaque type Meters = Double
Нулевой overhead. Снаружи — непрозрачный тип.
Внутри scope — это Double. Замена value class.
extension добавляет методы.

Type Lambdas

[X] =>> F[X]
Лямбда на уровне типов. Kind-полиморфизм.
type MyFunctor = [A] =>> Either[String, A]
Заменяет type projection ({type T[A] = F[A]})#T.

Singleton Types

val x: 42 = 42 — тип литерала.
"hello".type — синглтон конкретного значения.
Основа для type-level computation.
42 <:< Int, но не наоборот.

Match Types

Вычисление типов через pattern matching:
type Elem[X] = X match
case Seq[a] => a
case String => Char
Позволяет зависимые типы на уровне типов.

Context Types (given / using)

given Ordering[Int] = ...
def sort[A](xs: List[A])(using Ordering[A])
Замена implicit в Scala 2.
Основа type class pattern. CanEqual[-L,-R] управляет ==.

Dependent Function Types

(x: A) => x.Result
Тип результата зависит от значения аргумента.
Настоящие зависимые типы в системе типов.
def f: (e: Entry) => e.type

нижний тип — подтип абсолютно всех типов

// дно иерархии · bottom type

final abstract class · bottom type

Nothing

Подтип каждого типа — включая AnyVal, AnyRef, Null, пользовательские.
Экземпляры создать невозможно — тип без населения.

Применения:
throw new Exception() — тип выражения Nothing
def ??? : Nothing = throw new NotImplementedError()
def fail(msg: String): Nothing = throw RuntimeException(msg)
@tailrec def loop(): Nothing = loop() — бесконечный цикл

В ковариантных позициях: List[Nothing] <: List[A] для любого A.
Nil имеет тип List[Nothing].

bottom type no instances never returns subtype of ALL