为什么scala标准库中没有不可变数组？答案

【问题标题】：Why no immutable arrays in scala standard library?为什么scala标准库中没有不可变数组？
【发布时间】：2011-01-28 07:00:16
【问题描述】：

Scala 有各种不可变序列，如 List、Vector 等。我惊讶地发现没有由简单数组支持的不可变索引序列的实现（Vector 对我的需要来说似乎太复杂了）。

这是否有设计原因？我在邮件列表中找不到很好的解释。
您是否建议使用与数组性能接近的不可变索引序列？我正在考虑使用 scalaz 的 ImmutableArray，但它在 scala trunk 方面存在一些问题。

谢谢

【问题讨论】：

Vector 太复杂了怎么办？你不应该修补它的内脏。
“我正在考虑使用 scalaz 的 ImmutableArray，但它在 scala trunk 方面存在一些问题。”那么这需要修复:)
scalaz 有一个单独的 2.9.x 分支

标签： arrays scala

【解决方案1】：

Scala 2.13 添加了ArraySeq，这是一个由数组支持的不可变序列。

【讨论】：

【解决方案2】：

Scala 3 现在有 IArray，一个不可变数组。

它被实现为Opaque Type Alias，没有运行时开销。

【讨论】：

【解决方案3】：

所以，让我们首先区分接口和类。接口是API设计，类是API的实现。

Scala 中的接口具有相同的名称和不同的包以区分不变性：Seq、immutable.Seq、mutable.Seq。

另一方面，这些类通常不共享名称。 List 是不可变序列，而 ListBuffer 是可变序列。也有例外，例如 HashSet，但这只是实施方面的巧合。

现在，Array 不是 Scala 集合的一部分，它是一个 Java 类，但它的包装器 WrappedArray 清楚地显示了它会出现在哪里：作为一个可变类。

WrappedArray实现的接口是IndexedSeq，既存在可变trait又存在不可变trait。

immutable.IndexedSeq 有几个实现类，包括WrappedString。然而，实现它的通用类是Vector。该类占据与 Array 类在可变侧占据的相同位置。

现在，使用Vector 并不比使用Array 更复杂，所以我不知道你为什么称它为复杂。

也许你认为它在内部做的太多了，在这种情况下你就错了。所有精心设计的不可变类都是persistent，因为使用不可变集合意味着创建它的新副本，因此必须为此优化它们，这正是Vector 所做的。

【讨论】：

这是一个清晰的解释，但向量访问至少比原始数组访问慢 4-6 倍（如果您使用基元数组，则为 10-30 倍，因为 Vector 尚未专门化并且您有拳击惩罚也是如此）。 OP要求性能。 Vector 无法提供“接近相同的性能”。
@Rex 众所周知，除了专业化之外，这是不可能的。即使有了专业化，我认为我们也会偶然发现仍然需要支付罚款的情况。 Java 有一个非类型擦除的Array 不是 Scala 的错，但不允许其他人这样做。
即使除了专业化之外，Vector 的访问速度也很慢。我的 4-6 倍惩罚是调用存储在 WrappedArray 与 Vector 中的类的方法。
使用 Vector 而不是 Array 会带来包袱，正如 Haoyi 先生所证明的那样：lihaoyi.com/post/BenchmarkingScalaCollections.html 当然只有在一定大小之后才重要

【解决方案4】：

您可以将数组转换为序列。

val s: Seq[Int] = Array(1,2,3,4)

数组将被隐式转换为 WrappedArray。并且由于类型是 Seq，更新操作将不再可用。

【讨论】：

不幸的是，s.asInstanceOf[mutable.WrappedArray[Int]].update(1, 42) 有效。
@KonstantinPelepelin 所以？
所以它不是不可变的，这是请求的。
@KonstantinPelepelin 你确实意识到通过强制转换你正在劫持类型系统，并且从那时起所有关于类型安全的讨论都毫无意义？
@Nikita Volkov 类型系统不允许向下转换。在 Scala 惯用代码中，x match { case mutable.Seq ... } 会以同样的悲伤效果击中。

【解决方案5】：

主要是因为 Scala 中没有任何数组。您所看到的是 java 的数组使用了一些方法来帮助它们适应集合 API。

其他任何东西都不会是数组，因为它的独特属性是不会遭受类型擦除或破坏的方差。它只是另一种具有索引和值的类型。 Scala确实有这个，它被称为IndexedSeq，如果你需要将它作为一个数组传递给一些第3方API，那么你可以使用.toArray

【讨论】：

“没有任何数组”具有高度误导性。集合层次结构中几乎所有内容都有一个“.toArray”方法，该方法被转换为普通的旧 Java 数组，Scala 在处理此类数组时会向 Java 发出相同的字节码。
@rex - 确切地说，这些数组是 JVM 中的一种特殊构造，它们不是 scala 提供的任何东西，而是它提供的 spring 上下文工厂。虽然它当然可以使用它们。

【解决方案6】：

数组的问题在于它们的大小是固定的。没有向数组添加元素或从中删除元素的操作。

您可以保留一个您认为足够长的数组作为后备存储，“浪费”您未使用的内存，跟踪上次使用的索引，并在需要额外的时复制到更大的数组空间。那个抄袭显然是O(N)。

更改单个元素也是O(N)，因为您需要复制整个数组。没有结构共享，这是高性能功能数据结构的关键。

您还可以为“溢出”元素分配一个额外的数组，并以某种方式跟踪您的数组。那时，您正在重新发明 Vector。

简而言之，由于不适合结构共享，数组的不可变外观对于大多数常见操作（例如添加元素、删除元素和更改元素）具有糟糕的运行时性能特征。

只剩下固定大小的固定内容数据载体的用例，而且这种用例相对较少。大多数用途与List、Stream 或Vector 一起使用效果更好

【讨论】：

您的 cmets 对 mutable 数组有效，但不适用于大小和内容不会改变的 immutable 数组。
@pndc 我看不出我的任何 cmets 对可变数组更有效——性能特征是相同的（而且通常很糟糕，添加元素的 O(n)）或更好与不可变数组相比——更改元素是可变数组的 O(1)，而不是不可变数组外观的 O(n)。

【解决方案7】：

scala Array 类的重点是提供一种机制来访问 Java 数组的功能（但没有 Java 糟糕的设计决策允许数组在其类型系统内协变）。 Java 数组是可变的，因此 scala 标准库中的数组也是可变的。

假设库中还有另一个类immutable.Array，但编译器也使用Java数组作为底层结构（效率/速度）。然后将编译并运行以下代码：

val i = immutable.Array("Hello")
i.asInstanceOf[Array[String]](0) = "Goodbye"
println( i(0) ) //I thought i was immutable :-(

也就是说，数组确实是可变的。

【讨论】：

如果我们有immutable.Array，我们可以将我们现在拥有的东西移动到mutable.Array，并且在一个公共超类型中只有非更新方法（类似于其他集合）。那你的“反例”就行不通了。
不可变数组只需要一个数组支持。您不需要使支持集合可访问。

【解决方案8】：

您可以简单地使用 Array[T].toIndexSeq 将 Array[T] 转换为 ArraySeq[T]，其类型为 immutable.IndexedSeq[T]。（在 Scala 2.13.0 之后）

scala> val array = Array(0, 1, 2)
array: Array[Int] = Array(0, 1, 2)

scala> array.toIndexedSeq
res0: IndexedSeq[Int] = ArraySeq(0, 1, 2)

【讨论】：