在 Coursera 上，想必你遇到過一個非常強大的語言特性：[模式匹配](http://en.wikipedia.org/wiki/Pattern_matching) 。它可以解綁一個給定的數據結構。這不是 Scala 所特有的，在其他出色的語言中，如 Haskell、Erlang，模式匹配也扮演著重要的角色。
模式匹配可以解構各種數據結構，包括 _列表_ 、 _流_ ，以及 _樣例類_ 。但只有這些數據結構才能被解構嗎，還是可以用某種方式擴展其使用范圍？而且，它實際是怎么工作的？是不是有什么魔法在里面，得以寫些類似下面的代碼？
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case class User(firstName: String, lastName: String, score: Int)
def advance(xs: List[User]) = xs match {
case User(_, _, score1) :: User(_, _, score2) :: _ => score1 - score2
case _ => 0
}
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事實證明沒有什么魔法，這都歸功于[提取器](http://www.scala-lang.org/node/112) 。
提取器使用最為廣泛的使用有著與 _構造器_ 相反的效果：構造器從給定的參數列表創建一個對象，而提取器卻是從傳遞給它的對象中提取出構造該對象的參數。Scala 標準庫包含了一些預定義的提取器，我們會大致的了解一下它們。
樣例類非常特殊，Scala會自動為其創建一個 _伴生對象_ ：一個包含了 `apply` 和 `unapply` 方法的 _單例對象_ 。`apply` 方法用來創建樣例類的實例，而 `unapply` 需要被伴生對象實現，以使其成為提取器。
### 第一個提取器
`unapply` 方法可能不止有一種方法簽名，不過，我們從只有最簡單的開始，畢竟使用更廣泛的還是只有一種方法簽名的 `unapply` 。假設要創建了一個 `User` 特質，有兩個類繼承自它，并且包含一個字段：
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trait User {
def name: String
}
class FreeUser(val name: String) extends User
class PremiumUser(val name: String) extends User
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我們想在各自的伴生對象中為 `FreeUser` 和 `PremiumUser` 類實現提取器，就像 Scala 為樣例類所做的一樣。如果想讓樣例類只支持從給定對象中提取單個參數，那 `unapply` 方法的簽名看起來應該是這個樣子：
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def unapply(object: S): Option[T]
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這個方法接受一個類型為 `S` 的對象，返回類型 `T` 的 `Option` ， `T` 就是要提取的參數類型。
> 在Scala中， `Option` 是 `null` 值的安全替代。以后會有一個單獨的章節來講述它，不過現在，只需要知道，`unapply` 方法要么返回 `Some[T]` （如果它能成功提取出參數），要么返回 `None` ，`None` 表示參數不能被 `unapply` 具體實現中的任一提取規則所提取出。
下面的代碼是我們的提取器：
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trait User {
def name: String
}
class FreeUser(val name: String) extends User
class PremiumUser(val name: String) extends User
object FreeUser {
def unapply(user: FreeUser): Option[String] = Some(user.name)
}
object PremiumUser {
def unapply(user: PremiumUser): Option[String] = Some(user.name)
}
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現在，可以在REPL中使用它：
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scala> FreeUser.unapply(new FreeUser("Daniel"))
res0: Option[String] = Some(Daniel)
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如果調用返回的結果是 `Some[T]` ，說明提取模式匹配成功，如果是 `None` ，說明模式不匹配。
一般不會直接調用它，因為用于提取器模式時，Scala 會隱式的調用提取器的 `unapply` 方法。
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val user: User = new PremiumUser("Daniel")
user match {
case FreeUser(name) => "Hello" + name
case PremiumUser(name) => "Welcome back, dear" + name
}
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你會發現，兩個提取器絕不會都返回 `None` 。這個例子展示的提取器要比之前所見的更有意義。如果你有一個類型不確定的對象，你可以同時檢查其類型并解構。
這個例子里， `FreeUser` 模式并不會匹配，因為它接受的類型和我們傳遞給它的不一樣。這樣一來， `user` 對象就會被傳遞給第二個模式，也就是 `PremiumUser` 伴生對象的 `unapply` 方法。而這個模式會匹配成功，從而返回值就被綁定到 `name` 參數上。
在接下來的文章里，我們會看到一個并不總是返回 `Some[T]` 的提取器的例子。
### 提取多個值
現在，假設類有多個字段：
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trait User {
def name: String
def score: Int
}
class FreeUser(
val name: String,
val score: Int,
val upgradeProbability: Double
) extends User
class PremiumUser(
val name: String,
val score: Int
) extends User
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如果提取器想解構出多個參數，那它的 `unapply` 方法應該有這樣的簽名：
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def unapply(object: S): Option[(T1, ..., T2)]
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這個方法接受類型為 `S` 的對象，返回類型參數為 `TupleN` 的 `Option` 實例，`TupleN` 中的 `N` 是要提取的參數個數。
修改類之后，提取器也要做相應的修改：
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trait User {
def name: String
def score: Int
}
class FreeUser(
val name: String,
val score: Int,
val upgradeProbability: Double
) extends User
class PremiumUser(
val name: String,
val score: Int
) extends User
object FreeUser {
def unapply(user: FreeUser): Option[(String, Int, Double)] =
Some((user.name, user.score, user.upgradeProbability))
}
object PremiumUser {
def unapply(user: PremiumUser): Option[(String, Int)] =
Some((user.name, user.score))
}
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現在可以拿它來做模式匹配了：
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val user: User = new FreeUser("Daniel", 3000, 0.7d)
user match {
case FreeUser(name, _, p) =>
if (p > 0.75) "$name, what can we do for you today?"
else "Hello $name"
case PremiumUser(name, _) =>
"Welcome back, dear $name"
}
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### 布爾提取器
有些時候，進行模式匹配并不是為了提取參數，而是為了檢查其是否匹配。這種情況下，第三種 `unapply` 方法簽名（也是最后一種）就有用了，這個方法接受 `S` 類型的對象，返回一個布爾值：
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def unapply(object: S): Boolean
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使用的時候，如果這個提取器返回 `true` ，模式會匹配成功，否則，Scala 會嘗試拿 `object` 匹配下一個模式。
上一個例子存在一些邏輯代碼，用來檢查一個免費用戶有沒有可能被說服去升級他的賬戶。其實可以把這個邏輯放在一個單獨的提取器中：
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object premiumCandidate {
def unapply(user: FreeUser): Boolean = user.upgradeProbability > 0.75
}
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你會發現，提取器不一定非要在這個類的伴生對象中定義。正如其定義一樣，這個提取器的使用方法也很簡單：
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val user: User = new FreeUser("Daniel", 2500, 0.8d)
user match {
case freeUser @ premiumCandidate() => initiateSpamProgram(freeUser)
case _ => sendRegularNewsletter(user)
}
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使用的時候，只需要把一個空的參數列表傳遞給提取器，因為它并不真的需要提取數據，自然也沒必要綁定變量。
這個例子有一個看起來比較奇怪的地方：我假設存在一個空想的 `initiateSpamProgram` 函數，其接受一個 `FreeUser` 對象作為參數。模式可以與任何一種 `User` 類型的實例進行匹配，但 `initiateSpamProgram` 不行，只有將實例強制轉換為 `FreeUser` 類型， `initiateSpamProgram` 才能接受。
因為如此，Scala 的模式匹配也允許將提取器匹配成功的實例綁定到一個變量上，這個變量有著與提取器所接受的對象相同的類型。這通過 `@` 操作符實現。`premiumCandidate` 接受 `FreeUser` 對象，因此，變量 `freeUser` 的類型也就是 `FreeUser` 。
布爾提取器的使用并沒有那么頻繁（就我自己的情況來說），但知道它存在也是很好的，或遲或早，你會遇到一個使用布爾提取器的場景。
### 中綴表達方式
解構列表、流的方法與創建它們的方法類似，都是使用 cons 操作符： `::` 、 `#::` ，比如：
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val xs = 58 #:: 43 #:: 93 #:: Stream.empty
xs match {
case first #:: second #:: _ => first - second
case _ => -1
}
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你可能會對這種做法產生困惑。除了我們已經見過的提取器用法，Scala 還允許以中綴方式來使用提取器。所以，我們可以寫成 `e(p1, p2)` ，也可以寫成 `p1 e p2` ，其中 `e` 是提取器， `p1` 、 `p2` 是要提取的參數。
同樣，中綴操作方式的 `head #:: tail` 可以被寫成 `#::(head, tail)` ，提取器 `PremiumUser` 可以這樣使用： `name PremiumUser score` 。當然，這樣做并沒有什么實踐意義。一般來說，只有當一個提取器看起來真的像操作符，才推薦以中綴操作方式來使用它。所以，列表和流的 `cons` 操作符一般使用中綴表達，而 `PreimumUser` 則不用。
### 進一步看流提取器
盡管 `#::` 提取器在模式匹配中的使用并沒有什么特殊的，但是，為了更好的理解上面的代碼，還是進一步來分析一下。而且，這是一個很好的例子，根據要匹配的數據結構的狀態，提取器很可能返回 `None` 。
如下是 _Scala 2.9.2_ 源代碼中完整的 `#::` 提取器代碼：
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object #:: {
def unapply[A](xs: Stream[A]): Option[(A, Stream[A]) =
if (xs.isEmpty) None
else Some((xs.head, xs.tail))
}
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如果給定的流是空的，提取器就直接返回 `None` 。因此， `case head #:: tail` 就不會匹配任何空的流。否則，就會返回一個 `Tuple2` ，其第一個元素是流的頭，第二個元素是流的尾，尾本身又是一個流。這樣， `case head #:: tail` 就會匹配有一個或多個元素的流。如果只有一個元素， `tail` 就會被綁定成空流。
為了理解流提取器是怎么在模式匹配中工作的，重寫上面的例子，把它從中綴寫法轉成普通的提取器模式寫法：
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val xs = 58 #:: 43 #:: 93 #:: Stream.empty
xs match {
case #::(first, #::(second, _)) => first - second
case _ => -1
}
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首先為傳遞給模式匹配的初始流 `xs` 調用提取器。由于提取器返回 `Some(xs.head, xs.tail)` ，從而 `first` 會綁定成 58，`xs` 的尾會繼續傳遞給提取器，提取器再一次被調用，返回首和尾， `second` 就被綁定成 `43` ，而尾就綁定到通配符 `_` ，被直接扔掉了。
### 使用提取器
那到底該在什么時候使用、怎么使用自定義的提取器呢？尤其考慮到，使用樣例類就能自動獲得可用的提取器。
一些人指出，使用樣例類、對樣例類進行模式匹配打破了封裝，耦合了匹配數據和其具體實現的方式，這種批評通常是從面向對象的角度出發的。如果想用 Scala 進行函數式編程，將樣例類當作只包含純數據（不包含行為）的[代數數據類型](http://en.wikipedia.org/wiki/Algebraic_data_type) ，那它非常適合。
通常，只有當從無法掌控的類型中提取數據，或者是需要其他進行模式匹配的方法時，才需要實現自己的提取器。
> 提取器的一種常見用法是從字符串中提取出有意義的值，作為練習，想一想如何實現 `URLExtractor` 以匹配代表 URL 的字符串。
### 小結
在這本書的第一章中，我們學習了 Scala 模式匹配背后的提取器，學會了如何實現自己的提取器，及其在模式中的使用是如何和實現聯系在一起的。但是這并不是提取器的全部，下一章，將會學習如何實現可提取可變個數參數的提取器。
