Scala 类型系统如何知道 cons + Nil 是详尽无遗的？

Question

我刚刚写了这个函数，想知道如果我省略了 Nil 情况会发生什么，并注意到 scalac 给了我一个警告：

def printList[String](list: List[String]) {
    list match {
        case head :: tail => {
            println(head)
            printList(tail)
        }
        //case Nil => println("Done")
    }
}

Warning: match may not be exhaustive. It would fail on the following input: Nil

我无法准确确定这里发生了什么。在你用尽案例之前，我对递归数据类型的模式匹配有一个大致的了解，但我不清楚它是如何映射到 Scala 类型系统的。具体来说，我正在查看 Scala 标准库的源代码并想知道：

1. Scala 究竟在代码中的什么地方得到了一个基本情况需要完成 List 类实例的匹配语句的想法？我们当然可以想象一种代数数据类型，在没有基本情况的情况下“继续运行”。
2. scala.collection.immutable.Nil 究竟在代码中的什么位置被指定为 List 类的基本情况？

Answer 1

其实并没有你想象的那么复杂。 List 是一个 sealed abstract class，恰好有两个实现，Nil 和 ::（是的，这是类的名称）。这里重要的部分是sealed 修饰符。这只是强制实现List 的任何类必须与List 本身位于同一源文件中。

sealed 的重要性在于，现在编译器肯定知道 List 的每个可能的实现者，因此如果您对列表进行模式匹配，编译器可以确定您的模式匹配块是否详尽。

最后要意识到的是:: 存在一些语法糖。通常，如果您有一些案例类：

case class Foo(a: String, b: Int)

你会这样匹配它

x match {
  case Foo(a, b) => //...
}

但是当你有一个只有两个成员的案例类时，你也可以这样写：

x match {
  case a Foo b => //...
}

所以在你的模式匹配语句中，你真的在​​做：

list match {
        case ::(head, tail) => {

所以实际上你所做的只是检查列表是否是:: 的一个实例。因此，编译器可以看到您永远不会检查 list 是否是 Nil 的实例并警告您。

Answer 2

您可以查看List here 的源代码。基本情况没有什么特别的，只是List被声明为sealed，然后只有两个类扩展它：

sealed abstract class List[+A] ...
case object Nil extends List[Nothing] { ... }
final case class ::[B](override val head: B, private[scala] var tl: List[B]) extends List[B] { ... }

Scala 编译器可以很容易地确定密封特征或抽象类是否完全匹配，因为它可以确定单个文件中可能匹配的范围。 Section 8.4 of the Scala specification 说：

如果模式匹配的选择器是密封类的实例，则模式匹配的编译会发出警告，诊断给定的模式集并不详尽，即MatchError 可能存在在运行时引发。