Scala 入門教學

Scala 是什麼、可以拿來做什麼

Scala 是結合物件導向與函數式程式設計的靜態型別語言，由 EPFL 的 Martin Odersky 創造，主要執行於 Java 虛擬機器（JVM），另有用於瀏覽器的 Scala.js 與產生原生執行檔的 Scala Native。Scala 程式碼可以使用任何 Java 函式庫。

Scala 廣泛用於資料工程（Apache Spark 就是用 Scala 寫成的）、並行與分散式後端（Akka、Pekko、ZIO、Cats Effect），以及金融與串流系統。本教學使用 Scala 3 語法，允許以縮排表示程式區塊，使用大括號也仍然可行。

安裝 Scala 並執行 Hello, world

建議使用 Coursier 安裝（cs setup），它會一併安裝 scala 指令與 JDK。在 Scala 3 中，標註 @main 的方法就是程式進入點。

// hello.scala
@main def hello(): Unit =
  println("Hello, world!")

scala run hello.scala
# Hello, world!

較大型的專案通常使用 sbt 或 Mill 建置。Scastie（scastie.scala-lang.org）可以直接在瀏覽器中執行 Scala，不必安裝任何東西。

值、變數與基本型別

用 val 宣告不可變的值，用 var 宣告可變的變數。型別會自動推斷，也可以寫在冒號後面。慣用的 Scala 幾乎處處都使用 val。

val name = "Scala"            // String
var count: Int = 1            // mutable
count += 1
val ratio = 3.0 / 4           // Double: 0.75
val big = 12345678901L        // Long
val ok = count > 1            // Boolean
println(s"$name: count=$count ratio=$ratio ok=$ok")
// Scala: count=2 ratio=0.75 ok=true
println(f"pi is ${math.Pi}%.3f")   // pi is 3.142

Scala 中一切都是運算式：if、程式區塊與 match 都會回傳值，所以你很少需要暫時用的 var。

流程控制與模式比對

if 會回傳值。for 可以走訪範圍與集合，搭配 yield 則會產生新的集合。match 是 Scala 強大的模式比對，也是這個語言的招牌功能。

val n = 7
val parity = if n % 2 == 0 then "even" else "odd"
println(parity)                        // odd
for i <- 1 to 3 do print(s"$i ")       // 1 2 3
println()
val squares = for i <- 1 to 4 yield i * i
println(squares)                       // Vector(1, 4, 9, 16)
def describe(x: Any): String = x match
  case 0             => "zero"
  case i: Int if i < 0 => "negative int"
  case i: Int        => s"int $i"
  case s: String     => s"string of length ${s.length}"
  case (a, b)        => s"pair $a and $b"
  case _             => "something else"
println(describe(-5))                  // negative int
println(describe("hey"))               // string of length 3
println(describe((1, "x")))            // pair 1 and x

1 to 3 包含 3；1 until 3 則在 3 之前停止。最後的 case _ 是萬用字元，可比對任何值；少了它，沒有比對到的值會拋出 MatchError。

函式與高階函式

方法用 def 定義。函式是值：可以儲存、當作引數傳遞，也可以被回傳。參數可以有預設值，呼叫時也可以使用具名引數。

def add(a: Int, b: Int): Int = a + b
def greet(name: String, greeting: String = "Hello"): String =
  s"$greeting, $name!"
val double = (x: Int) => x * 2        // function value
def applyTwice(f: Int => Int, x: Int): Int = f(f(x))
println(add(2, 3))                    // 5
println(greet("Ann"))                 // Hello, Ann!
println(greet("Ann", greeting = "Hi")) // Hi, Ann!
println(applyTwice(double, 5))        // 20
println(List(1, 2, 3, 4).filter(_ % 2 == 0).map(_ * 10)) // List(20, 40)

_ * 10 中的底線是單參數 Lambda x => x * 10 的簡寫。

集合

標準集合預設是不可變的：map、filter 與 :+ 等操作會回傳新集合，原本的集合保持不變。可變版本放在 scala.collection.mutable。

val nums = List(5, 3, 8)
val more = nums :+ 1                  // List(5, 3, 8, 1); nums unchanged
println(more.sorted)                  // List(1, 3, 5, 8)
println(nums.sum)                     // 16
val v = Vector("a", "b", "c")         // fast indexed access
println(v(1))                         // b
val ages = Map("Ann" -> 31, "Bo" -> 25)
println(ages("Ann"))                  // 31
println(ages.get("Zed"))              // None
println(ages.getOrElse("Zed", 0))     // 0
val unique = Set(1, 2, 2, 3)
println(unique.size)                  // 3
val words = List("apple", "avocado", "banana")
println(words.groupBy(_.head)('a'))  // List(apple, avocado)

Case class、trait 與 enum

case class 是不可變的資料型別，會自動取得相等比較、toString、copy 與模式比對支援。trait 類似介面，但可以包含程式碼。Scala 3 新增了 enum，用於代數資料型別。

trait Shape:
  def area: Double
case class Circle(r: Double) extends Shape:
  def area: Double = math.Pi * r * r
case class Rect(w: Double, h: Double) extends Shape:
  def area: Double = w * h
enum Color:
  case Red, Green, Blue
@main def shapes(): Unit =
  val all: List[Shape] = List(Circle(1), Rect(2, 3))
  all.foreach(s => println(f"$s area=${s.area}%.2f"))
  // Circle(1.0) area=3.14
  // Rect(2.0,3.0) area=6.00
  val r = Rect(2, 3)
  println(r == Rect(2, 3))            // true
  println(r.copy(h = 10))             // Rect(2.0,10.0)
  println(Color.values.toList)        // List(Red, Green, Blue)

其他招牌功能還包括 given 與 using（情境參數，以前稱為 implicit）、擴充方法、opaque type，以及 Int | String 這類聯集型別。

用 Option、Either 與 Try 處理錯誤

Scala 支援 try、catch 與 finally，但慣用的寫法是用型別來表示失敗。Option 不是 Some(value) 就是 None；Either 持有 Left 錯誤或 Right 結果；Try 則把例外包裝成 Failure。

import scala.util.{Try, Success, Failure}
def parseInt(s: String): Option[Int] = s.toIntOption
def safeDivide(a: Int, b: Int): Either[String, Int] =
  if b == 0 then Left("division by zero") else Right(a / b)
println(parseInt("42"))               // Some(42)
println(parseInt("x"))                // None
println(safeDivide(10, 2))            // Right(5)
println(safeDivide(1, 0))             // Left(division by zero)
Try("abc".toInt) match
  case Success(n) => println(s"got $n")
  case Failure(e) => println(s"failed: ${e.getClass.getSimpleName}")
// failed: NumberFormatException

完整的小程式：成績報告

這個程式解析 name,score 格式的每一行，略過無效的行，並印出每位學生的平均分數。它用到 case class、Option、groupBy 與字串格式化。

case class Score(name: String, value: Int)
def parse(line: String): Option[Score] =
  line.split(",").map(_.trim) match
    case Array(name, v) => v.toIntOption.map(Score(name, _))
    case _              => None
@main def report(): Unit =
  val lines = List("ann, 90", "bo, 70", "ann, 80", "broken line", "bo, x")
  val scores = lines.flatMap(parse)
  val averages = scores.groupBy(_.name).view.mapValues { list =>
    list.map(_.value).sum.toDouble / list.size
  }.toList.sortBy(_._1)
  for (name, avg) <- averages do
    println(f"$name%-4s $avg%.1f")
// ann  85.0
// bo   70.0

接下來可以學什麼

• docs.scala-lang.org 上的 Scala 3 Book，從基礎到情境抽象都有涵蓋。
• Scala Toolkit，用於處理檔案、JSON 與 HTTP 等日常任務。
• 若想用 Scala 做資料處理，可參考 Apache Spark 文件。
• scala-lang.org 連結的課程，包括 EPFL 的函數式程式設計課程。