Controlling_Instance_Selection.md

1.6 Controlling Instance Selection

使用 type class，需要 Scala 编译器自动选择 type class instances，而 instance selection 受以下两个因素影响：

• 在类型、子类上分别定义的两个 instances 之间有什么关系？  + 例如，假设有实例 JsonWriter[Option[Int]]，则表达式 Json.toJson(Some(1)) 是否会选择使用该实例？（Some 是 Option 的子类）
• 当有多个相同类型的 type class instances 时，应如何选择？  + 例如，若定义有多个 JsonWriter[Person]，则 Json.toJson(aPerson) 会选择哪个？  

1.6.1 Variance

在定义 type class 的时候，可以为 type parameter 添加 variance annotation，以影响 type class 的变形，以及 implicit resolution。

variance 与子类型相关，若任何需要类型 A 的地方，都可以使用类型 B 的值替代，则称 B 是 A 的子类。

当涉及 type constructor 的时候，有协变、逆变的概念。

协变

协变指：若 B 是 A 的子类，则 F[B] 也是 F[A] 的子类。

协变通过 + 符号表示：

trait F[+A]

协变可以对很多数据类型建模，例如 List 和 Option。

trait List[+A]
trait Option[+A]

通过协变，可以使用子类的集合替代父类的集合，这在 Java 中是不允许的。

逆变

逆变指：若 B 是 A 的子类，则 F[A] 是 F[B] 的子类。

逆变通过 - 符号表示：

trait F[-A]

协变可用于对表示 处理 的类型建模，例如 JsonWriter type class：

trait JsonWriter[-A] {
  def write(value: A): Json
}

假设有两个类型 Shape 和 Circle，以及对应的两个 JsonWriter instance：

sealed trait Shape
case class Circle(r: Double) extends Shape

val shape: Shape = Circle(1)
val circle: Circle = Circle(2)

val shapeWriter: JsonWriter[Shape] =
  _ => JsString("a shape")
  
val circleWriter: JsonWriter[Circle] =
  circle => JsObject(Map("name" → JsString("circle"),
    "r = " → JsNumber(circle.r)))

以及函数：

def format[A](v: A, writer: JsonWriter[A]): Json = writer.write(v)

问题来了，shape circle 和 shapeWriter circleWriter 两两组合，哪些组合可以合法调用 format 函数呢？

分析一下，首先 JsonWriter 为逆变，而 Circle 是 Shape 的子类，所以 JsonWriter[Shape] 是 JsonWriter[Circle] 的子类。

若使用 circle 作为第一个参数，则 format 中的类型参数变成 Circle，所以第二个参数类型为 JsonWriter[Circle]，第二个参数可以用其子类，即 JsonWriter[Shape] 替代，所以以下两种调用都是合法的：

format(circle, circleWriter)
format(circle, shapeWriter)

若使用 shape 作为第一个参数，则 format 中的类型参数变成 Shape，所以第二个参数类型为 JsonWriter[Shape]，此时不能使用 JsonWriter[Shape] 调用，因为这是父类，所以只有一种合法调用：

format(shape, shapeWriter)

不变

不变是最简单的情况，没有 + 和 - 即为不变：

trait F[A]

不变意味着，无论 A 和 B 有什么父子类关系，F[A] 和 F[B] 都没有任何父子关系。

总结

还有两个重要问题，假设：

sealed trait A
final case object B extends A
final case object C extends A

问题来了：

• 定义在父类上的 instance 是否会被选择？  + 例如，为 A 定义 instance，该 instance 是否可用于 B 或 c 类型的值
• 定义在子类上的 instance 是否比定义在父类上的 instance 优先级高  + 例如，A 和 B 都定义了 instance，则使用 B 类型的 值 时，B 的 instance 是否被优先选择

实际上，这两者 不可兼得，在不同的变型下，可以获取不同的效果：

Type Class 变型	不变	协变	逆变
Supertype instance used?	No	No	Yes
More specific type preferred?	No	Yes	No

世界上没有完美的系统，不可兼得也是清理之中，3 中变型根据个人喜好选择即可，而 Cats 倾向于使用 invariance，这意味着，若有值 Some(1)，则针对 Option 的 instance 不会被使用，这在前面已经展示过了，可以通过加类型修饰 Some(1): Option[Int] 或使用 Option(1) 等方式解决。