Higher Kinded Types

y Type classes

Un poco de scala

Scala es un lenguaje que combina Programación Orientada a Objetos y Programación Funcional

def dobleLongitud(x: String): Int = {
    2 * x.length
}

List("hola", "hi", "bonjour").map({ str =>
    str.length * 2
})

Text

Un problema un poco abstracto

INtro

En listas tenemos la función map:

scala> List("hola", "hello", "bonjour").map( str => str.length )
res0: List[Int] = List(4, 5, 7)

En options también tenemos la función map:

scala> val x : Option[Int] = Some(7)
scala> x.map( n => n*2 )
Some(14)

scala> val x : Option[Int] = None
scala> x.map( n => n*2 )
None

En futures (similares a promesas en js) también tenemos la función map:

scala> val result: Future[String] = ??? // e.g. un servicio web
scala> val lines: Future[List[String]] = result.map( str => str.split("\n") )

INtro

List, Option y Future comparten la propiedad de ser "contenedores" y por eso tiene sentido la función map para transformar su contenido

Digamos que queremos implementar una función replace para reemplazar el valor de un contenedor por un valor constante

INtro

class List[A] {
    def map[B](f: A => B): List[B] = ...

    def replace[B](b: B): List[B] = {
        map(a => b)
    }
}

Implementándolo para List:

scala> List(1,2,3).replace( "A" )
res0: List[String] = List("A", "A", "A")

Funcionando en List:

INtro

trait Option[A] {
    def map[B](f: A => B): Option[B] = ...

    def replace[B](b: B): Option[B] = {
        map(a => b)
    }
}

Implementándolo para Option:

scala> val x: Option[Int] = Some(4)
scala> x.replace("A")
res0: Option[String] = Some("A")

scala> val y: Option[Int] = None
scala> y.replace("A")
res1: Option[String] = None

Funcionando en Option:

INtro

trait Future[A] {
    def map[B](f: A => B): Future[B] = ...

    def replace[B](b: B): Future[B] = {
        map(a => b)
    }
}

Implementándolo para Future:

scala> val result: Future[String] = ... // http request
scala> val replacedResult: Future[Int] = result.replace(100)
// Después de hacer la solicitud http reemplace 
// el resultado por una constante

Funcionando en Future:

INtro

replace está implementado de forma idéntica en los tres casos, solo depende de map

Tenemos tres implementaciones de map, para tipos distintos:

def mapList  [A,B](list  : List[A]  , f: A => B): List[B] = ...
def mapOption[A,B](option: Option[A], f: A => B): Option[B] = ...
def mapFuture[A,B](future: Future[A], f: A => B): Future[B] = ...

Generalizando para cualquier tipo contenedor F:

def map[A,B](fa: F[A], f: A => B): F[B]

...podríamos implementar replace de forma genérica para cualquier F:

def replace[A,B](fa: F[A], b: B): F[B] = map(fa, a => b)

INtro

¿Como podemos generalizar esto?

Requerimos de dos cosas:

Una forma de decirle al sistema de tipos que estamos hablando de forma genérica de tipos "contenedores"

Una forma de implementar la misma operación para tipos distintos, implementándola de forma diferente para cada tipo

Higher Kinded Types

Type Classes

Higher Kinded Types

Los tipos de los tipos

Los tipos clasifican valores:

scala> val x = 1

scala> val s = "asdfadfas"

scala> val f = { x: Int => x + "n" }

scala> val l = List(1,2,3)

Tipos

Los tipos clasifican valores:

scala> val x = 1

scala> val s = "asdfadfas"

scala> val f = { x: Int => x + "n" }

scala> val l = List(1,2,3)

scala> :t x
Int

Tipos

Los tipos clasifican valores:

scala> val x = 1

scala> val s = "asdfadfas"

scala> val f = { x: Int => x + "n" }

scala> val l = List(1,2,3)

scala> :t x
Int

scala> :t s
String

Tipos

Los tipos clasifican valores:

scala> val x = 1

scala> val s = "asdfadfas"

scala> val f = { x: Int => x + "n" }

scala> val l = List(1,2,3)

scala> :t x
Int

scala> :t s
String

scala> :t f
Int => String

Tipos

Los tipos clasifican valores:

scala> val x = 1

scala> val s = "asdfadfas"

scala> val f = { x: Int => x + "n" }

scala> val l = List(1,2,3)

scala> :t x
Int

scala> :t s
String

scala> :t f
Int => String

scala> :t l
List[Int]

Tipos

Los kinds clasifican tipos

¿Cual es el kind de Int?

Los tipos propios son aquellos tipos de los que podemos construir un valor.

:k -v Int
*
This is a proper type.

Int es un tipo autocontenido. A diferencia de otros tipos, como List no requiere especificar ningún tipo.

Kinds

scala> :k -v String

Kinds

scala> :k -v String
*
This is a proper type.

Kinds

scala> :k -v String
*
This is a proper type.

scala> :k -v Int => String

scala> :k -v String
*
This is a proper type.

scala> :k -v Int => String
*
This is a proper type.

Kinds

scala> :k -v String
*
This is a proper type.

scala> :k -v Int => String
*
This is a proper type.

scala> :k -v List[Float]

Kinds

scala> :k -v String
*
This is a proper type.

scala> :k -v Int => String
*
This is a proper type.

scala> :k -v List[Float]
*
This is a proper type.

Kinds

scala> :k -v String
*
This is a proper type.

scala> :k -v Int => String
*
This is a proper type.

scala> :k -v List[Float]
*
This is a proper type.

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

scala> :k -v Foo

Kinds

scala> :k -v String
*
This is a proper type.

scala> :k -v Int => String
*
This is a proper type.

scala> :k -v List[Float]
*
This is a proper type.

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

scala> :k -v Foo
*
This is a proper type.

Kinds

scala> :k -v String
*
This is a proper type.

scala> :k -v Int => String
*
This is a proper type.

scala> :k -v List[Float]
*
This is a proper type.

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

scala> :k -v Foo
*
This is a proper type.

* Nota: La consola de Scala de verdad se equivoca al preguntarle el kind en estos casos. Otros lenguajes con Higher Kinded Types si retornan la respuesta correcta en estos casos

Asking for a type's kind in Scala vs Haskell

Kinds

scala> :k -v String
*
This is a proper type.

scala> :k -v Int => String
*
This is a proper type.

scala> :k -v List[Float]
*
This is a proper type.

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

scala> :k -v Foo
*
This is a proper type.

scala> :k -v List

Kinds

scala> :k -v String
*
This is a proper type.

scala> :k -v Int => String
*
This is a proper type.

scala> :k -v List[Float]
*
This is a proper type.

A diferencia de los anteriores no podemos construir un valor de tipo solo List

Debemos llenar el [_] en List[_] con algún tipo.

List es un constructor de tipos, es decir ¡un tipo de orden superior!

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

scala> :k -v Foo
*
This is a proper type.

scala> :k -v List

Es decir List es un tipo que necesita a otro tipo para poder "especificarse" y así crear un tipo propio.

Kinds

Así como hay funciones de orden superior (funciones que reciben otras funciones, por ejemplo) existen tipos de orden superior (tipos que reciben otros tipos)

:k List

Higher Kinded Types

Así como hay funciones de orden superior (funciones que reciben otras funciones, por ejemplo) existen tipos de orden superior (tipos que reciben otros tipos)

:k List 
* -> *

Higher Kinded Types

Así como hay funciones de orden superior (funciones que reciben otras funciones, por ejemplo) existen tipos de orden superior (tipos que reciben otros tipos)

:k List 
* -> *
:k Option

Higher Kinded Types

Así como hay funciones de orden superior (funciones que reciben otras funciones, por ejemplo) existen tipos de orden superior (tipos que reciben otros tipos)

:k List 
* -> *
:k Option
* -> *

Higher Kinded Types

Así como hay funciones de orden superior (funciones que reciben otras funciones, por ejemplo) existen tipos de orden superior (tipos que reciben otros tipos)

:k List 
* -> *
:k Option
* -> *
:k Future

Higher Kinded Types

Así como hay funciones de orden superior (funciones que reciben otras funciones, por ejemplo) existen tipos de orden superior (tipos que reciben otros tipos)

:k List 
* -> *
:k Option
* -> *
:k Future
* -> *

Higher Kinded Types

Así como hay funciones de orden superior (funciones que reciben otras funciones, por ejemplo) existen tipos de orden superior (tipos que reciben otros tipos)

:k List 
* -> *
:k Option
* -> *
:k Future
* -> *
:k Either

Higher Kinded Types

Así como hay funciones de orden superior (funciones que reciben otras funciones, por ejemplo) existen tipos de orden superior (tipos que reciben otros tipos)

:k List 
* -> *
:k Option
* -> *
:k Future
* -> *
:k Either
(*,*) -> *

Higher Kinded Types

Así como hay funciones de orden superior (funciones que reciben otras funciones, por ejemplo) existen tipos de orden superior (tipos que reciben otros tipos)

:k List 
* -> *
:k Option
* -> *
:k Future
* -> *
:k Either
(*,*) -> *

Higher Kinded Types

* Nota: La consola de Scala no devuelve los kinds en esta misma notación. La idea acá es transmitir lo importante.

Higher Kinded Types

Estos tipos se denominan:

tipos abstractos o constructores de tipos o higher kinded types

Así como hay funciones de orden superior (funciones que reciben otras funciones, por ejemplo) existen tipos de orden superior (tipos que reciben otros tipos)

:k List 
* -> *
:k Option
* -> *
:k Future
* -> *
:k Either
(*,*) -> *

Algunos paralelos

Higher Kinded Types

Algunos paralelos

def id(a: Int): Int = a

Higher Kinded Types

Algunos paralelos

def id(a: Int): Int = a 
type Id[A] = A

Higher Kinded Types

Algunos paralelos

def id(a: Int): Int = a //:t id :: Int => Int
type Id[A] = A

Higher Kinded Types

Algunos paralelos

def id(a: Int): Int = a //:t id :: Int => Int
type Id[A] = A          //:k Id ::  *  ->  *

Higher Kinded Types

Algunos paralelos

def id(a: Int): Int = a //:t id :: Int => Int
type Id[A] = A          //:k Id ::  *  ->  *

def id(f: Int => Int, a: Int): Int = f(a)

Higher Kinded Types

Algunos paralelos

def id(a: Int): Int = a //:t id :: Int => Int
type Id[A] = A          //:k Id ::  *  ->  *

def id(f: Int => Int, a: Int): Int = f(a)
type Id[A[_],B] = A[B]

Higher Kinded Types

Algunos paralelos

def id(a: Int): Int = a //:t id :: Int => Int
type Id[A] = A          //:k Id ::  *  ->  *

def id(f: Int => Int, a: Int): Int = f(a) //:t id :: (Int => Int, Int) => Int
type Id[A[_],B] = A[B]

Higher Kinded Types

Algunos paralelos

def id(a: Int): Int = a //:t id :: Int => Int
type Id[A] = A          //:k Id ::  *  ->  *

def id(f: Int => Int, a: Int): Int = f(a) //:t id :: (Int => Int, Int) => Int
type Id[A[_],B] = A[B]

¿Qué quiere decir A[_]?

Higher Kinded Types

Algunos paralelos

def id(a: Int): Int = a //:t id :: Int => Int
type Id[A] = A          //:k Id ::  *  ->  *

def id(f: Int => Int, a: Int): Int = f(a) //:t id :: (Int => Int, Int) => Int
type Id[A[_],B] = A[B]

Un tipo de orden superior que recibe un solo tipo

:k A :: * -> *

¿Qué quiere decir A[_]?

Higher Kinded Types

Algunos paralelos

def id(a: Int): Int = a //:t id :: Int => Int
type Id[A] = A          //:k Id ::  *  ->  *

def id(f: Int => Int, a: Int): Int = f(a) //:t id :: (Int => Int, Int) => Int
type Id[A[_],B] = A[B]                    //:k Id :: ( *  ->  * ,  * ) ->  *

Un tipo de orden superior que recibe un solo tipo

:k A :: * -> *

¿Qué quiere decir A[_]?

Higher Kinded Types

"Generics of a Higher Kind" Moors, Piessens, Odersky

Higher Kinded Types

Ejemplo

¿Qué tipos coinciden con D?

Tipos propios como Int, String, List[Int] o Either[Throwable, MyClass]

¿Qué tipos coinciden con F[_]?

Tipos de orden superior que necesitan un (1) tipo como: Future, List, Option, o Vector

¿Qué tipos coinciden con G[_,_]?

Tipos de orden superior que necesitan dos (2) tipos como: Either, Map, o Function1

Higher Kinded Types

trait Example[ D , F[_] , G[_,_] ]

trait Example[ D , F[_] , G[_,_] ]

trait Impl0 extends Example[ Int , List , Either ]

trait Impl1 extends Example[ List[Int] , List , Validation]

trait Impl2 extends Example[ List , List , Either ]

trait Impl3 extends Example[ Int , Either , Either ]

trait Impl4 extends Example[ Int , List , Future ]

abstrayendo comportamientos

Type classes

Nada que ver con Clases de Programación Orientada a Objetos

No son una construcción del lenguaje. Mas bien son un patrón que utiliza distintas partes del lenguaje.

Motivación:

Polimorfismo
Desacoplamiento

Inspiradas en las Type Classes de Haskell

Type classes

Polimorfismo

La misma operación funcionando en distintos tipos

Type classes

Polimorfismo

Subtipado

Un mismo nombre para multiples instancias que estan relacionadas por una misma superclase.

La misma operación funcionando en distintos tipos

Type classes

Polimorfismo

Subtipado

La misma operación funcionando en distintos tipos

trait Persona {
    def numeroIdentificacion: String
}
case class PersonaNatural extends Persona
case class PersonaJuridica extends Persona

Type classes

Polimorfismo

Polimorfismo Paramétrico

La misma operación funcionando en distintos tipos, pero ignorando la diferencia entre los tipos

Subtipado

La misma operación funcionando en distintos tipos

trait Persona {
    def numeroIdentificacion: String
}
case class PersonaNatural extends Persona
case class PersonaJuridica extends Persona

Type classes

Polimorfismo

Polimorfismo Paramétrico

Subtipado

La misma operación funcionando en distintos tipos

trait Persona {
    def numeroIdentificacion: String
}
case class PersonaNatural extends Persona
case class PersonaJuridica extends Persona

def invertirLista[A](xs: List[A]): List[A]

class Queue[A] {
    ...
}

Type classes

Polimorfismo

Polimorfismo Ad hoc

Polimorfismo Paramétrico

La misma operación funcionando en distintos tipos, haciendo algo distinto para cada tipo. Por ejemplo overloading

Subtipado

La misma operación funcionando en distintos tipos

trait Persona {
    def numeroIdentificacion: String
}
case class PersonaNatural extends Persona
case class PersonaJuridica extends Persona

def invertirLista[A](xs: List[A]): List[A]

class Queue[A] {
    ...
}

Type classes

Polimorfismo

La misma operación funcionando en distintos tipos

Polimorfismo Paramétrico

Subtipado

trait Persona {
    def numeroIdentificacion: String
}
case class PersonaNatural extends Persona
case class PersonaJuridica extends Persona

Type Classes

def invertirLista[A](xs: List[A]): List[A]

class Queue[A] {
    ...
}

Polimorfismo Ad hoc

Type classes

Consisten de:

Un nombre

Uno o mas parámetros de tipo (Cosas encerradas en [_])

Un conjunto de declaraciones de funciones (en las que deben aparecer los tipos sea como parámetros o como tipos de retorno)

(Pueden haber funciones implementadas en función de otras sin implementar)

Type classes

trait Ord[T] {
    def lessOrEq(a: T, b: T): Boolean
}

object intOrd extends Ord[Int] {
    def lessOrEq(a: Int, b: Int): Boolean = a <= b
}

Un ejemplo:

Una instancia:

Si existe una instancia de la type class TC para un tipo T se suele decir "T está en la type class TC".

Por ejemplo, dado que definimos una instancia de Ord para Int podemos decir que Int está en la type class Ord

Type classes

def sort[A](xs: List[A])(ordA: Ord[A]): List[A] = ...

Con esto podríamos abstraer ciertas cosas:

Type classes

def sort[A](xs: List[A])(ordA: Ord[A]): List[A] = ...

Con esto podríamos abstraer ciertas cosas:

La librería estándar tiene una type class similar para comparar elementos de un tipo y es la que se usa al llamar métodos como sorted: scala.math.Ordering

def sort[A](xs: List[A])(ordA: Ord[A]): List[A] = ...

sort(List(5, 8, 10, 9))(intOrd)
sort(List(4.3, 7.8, 1.9, 0.5))(doubleOrd)
sort(List("def" ,"zxy", "abc"))(stringOrd)

Con esto podríamos abstraer ciertas cosas:

Y podríamos utilizarla con tipos para los que hayamos definido una forma de comparar los elementos:

Type classes

def sort[A](xs: List[A])(ordA: Ord[A]): List[A] = ...

sort(List(5, 8, 10, 9))(intOrd)
sort(List(4.3, 7.8, 1.9, 0.5))(doubleOrd)
sort(List("def" ,"zxy", "abc"))(stringOrd)

Con esto podríamos abstraer ciertas cosas:

Pasar la instancia explícitamente a los métodos que lo necesitan puede ser cansón

Y podríamos utilizarla con tipos para los que hayamos definido una forma de comparar los elementos:

Type classes

def sort[A](xs: List[A])(ordA: Ord[A]): List[A] = ...

sort(List(5, 8, 10, 9))(intOrd)
sort(List(4.3, 7.8, 1.9, 0.5))(doubleOrd)
sort(List("def" ,"zxy", "abc"))(stringOrd)

Con esto podríamos abstraer ciertas cosas:

Pasar la instancia explícitamente a los métodos que lo necesitan puede ser cansón

¡Parámetros implícitos!

Y podríamos utilizarla con tipos para los que hayamos definido una forma de comparar los elementos:

Type classes

Scope

Entorno de variables definidas:

Scope

> val x = 1

x : Int

Entorno de variables definidas:

Scope

> val x = 1
> val y = "hola!"

x : Int
y : String

Entorno de variables definidas:

Scope

> val x = 1
> val y = "hola!"
> x + z

x : Int
y : String

Entorno de variables definidas:

Scope

> val x = 1
> val y = "hola!"
> x + z
> error: not found: value z

x : Int
y : String

Entorno de variables definidas:

Scope Implícito

> val x = 1
> val y = "hola!"
>

x : Int
y : String

Entorno de variables nombradas:

Entorno de variables implícitas:

Scope Implícito

> val x = 1
> val y = "hola!"
> implicit val w = "blabla"

x : Int
y : String
w : String

Entorno de variables nombradas:

 w: String

Entorno de variables implícitas:

Scope implícito

def saludar(nombre: String)(implicit saludo: String): String = {
    s"$saludo, $nombre"
}

> implicit val saludoEnEspañol = "Hola"
> saludar("Laura")
res0: String = Hola, Laura

Una función puede tener parámetros implícitos:

La función se puede invocar sin especificar los parámetros implícitos siempre que en el scope implícito de la invocación haya uno de ese tipo:

Scope implícito

> saludar("Laura")("Hi")
res0: String = Hi, Laura

Las funciones con parámetros implícitos se pueden llamar como cualquier otra función pasando explícitamente el valor de los parámetros implícitos:

Relación con Type classes

object Ord {
    implicit object intOrd extends Ord[Int] {
        def lessOrEq(a: Int, b: Int): Boolean = a <= b
    }

    implicit object stringOrd extends Ord[String] {
        def lessOrEq(a: String, b: String): Boolean = {
            (a compareTo b) <= 0
        }
    }

    def sort[A](xs: Array[A])(implicit ord: Ord[A]): Array[A] = ...
}

Para facilitar el uso de type classes se pueden usar implicits:

import Ord._
sort(List(5, 8, 10, 9))
sort(List("def" ,"zxy", "abc"))

Equivalente al anterior. Notación que sirve para type classes de un solo parámetro.

object Ord {
    implicit object intOrd extends Ord[Int] {
        def lessOrEq(a: Int, b: Int): Boolean = a <= b
    }

    implicit object stringOrd extends Ord[String] {
        def lessOrEq(a: String, b: String): Boolean = {
            (a compareTo b) <= 0
        }
    }

    def sort[A: Ord](xs: Array[A]): Array[A] = ...
}

Para facilitar el uso de type classes se pueden usar implicits:

import Ord._
sort(List(5, 8, 10, 9))
sort(List("def" ,"zxy", "abc"))

Relación con Type classes

Para facilitar el uso de type classes se pueden usar implicits:

import Ord._
sort(List(Persona(nombre = "Felipe"), Persona(nombre ="Andrea")))

Relación con Type classes

object Ord {
    implicit object intOrd extends Ord[Int] {
        def lessOrEq(a: Int, b: Int): Boolean = a <= b
    }

    implicit object stringOrd extends Ord[String] {
        def lessOrEq(a: String, b: String): Boolean = {
            (a compareTo b) <= 0
        }
    }

    def sort[A](xs: Array[A])(implicit ord: Ord[A]): Array[A] = ...
}

Para facilitar el uso de type classes se pueden usar implicits:

import Ord._
sort(List(Persona(nombre = "Felipe"), Persona(nombre ="Andrea")))
error: could not find implicit value for parameter ord: Ord[Persona]

Relación con Type classes

object Ord {
    implicit object intOrd extends Ord[Int] {
        def lessOrEq(a: Int, b: Int): Boolean = a <= b
    }

    implicit object stringOrd extends Ord[String] {
        def lessOrEq(a: String, b: String): Boolean = {
            (a compareTo b) <= 0
        }
    }

    def sort[A](xs: Array[A])(implicit ord: Ord[A]): Array[A] = ...
}

Scope implícito

Una forma de extraer valores del scope implícito:

def implicitly[T](implicit e: T): T = e

implicitly es una función, del preludio estándar, que recibe un tipo T y devuelve el valor implícito de valor T que se encuentre dentro del scope ímplicito de la llamada.

Scope implícito

scala> implicit val x = "Hola!"
x: String = Hola!

scala> val y = implicitly[String]
y: String = Hola!

scala> y == "Hola!"
res0: Boolean = true

scala> implicitly[Int]
<console>:0: error: could not find implicit value for parameter e: Int
              implicitly[Int]

Ejemplo:

Si no se ha definido ninguno, falla con un error de compilación:

Scope implícito

scala> implicit val x = "Hola!"
x: String = Hola!

scala> implicit val y = "Chao!"
y: String = Chao!

scala> implicitly[String]
<console>:10: error: ambiguous implicit values:
 both value x of type => String
 and value y of type => String
 match expected type String
              implicitly[String]
                        ^

Si en el scope actual se han definido 2 o mas valores implícitos del mismo tipo, (y ambos son igual de específicos) entonces falla con un error de compilación:

Scope implícito

Los implícitos se pueden propagar automáticamente entre métodos:

def compare[A](x: A, y: A)(implicit ord: Ord[A]): Boolean = {
    ord.lessOrEq(x,y)
}

Un método que lo invoque debería proveer el argumento ord:

def min[A](x: A, y: A)(implicit ord: Ord[A]): Boolean = {
    if(compare(x,y)) {
        x
    } else {
        y
    }
}

Scope implícito

Los implícitos se pueden propagar automáticamente entre métodos:

def compare[A](x: A, y: A)(implicit ord: Ord[A]): Boolean = {
    ord.lessOrEq(x,y)
}

Un método que lo invoque debería proveer el argumento ord:

def min[A: Ord](x: A, y: A): Boolean = {
    if(compare(x,y)) {
        x
    } else {
        y
    }
}

Scope implícito

Los implicitos se pueden "componer" automáticamente:

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

Entorno de variables implícitas:

Scope implícito

Los implicitos se pueden "componer" automáticamente:

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

implicit def toBar(implicit foo: Foo): Bar = {
    Bar(s"${foo.a} -> ${foo.b}")
}

toBar: Foo => Bar

Entorno de variables implícitas:

Scope implícito

Los implicitos se pueden "componer" automáticamente:

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

implicit def toBar(implicit foo: Foo): Bar = {
    Bar(s"${foo.a} -> ${foo.b}")
}

toBar: Foo => Bar

Entorno de variables implícitas:

Funciones en el scope implícito se denominan conversiones implícitas

Scope implícito

Los implicitos se pueden "componer" automáticamente:

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

implicit def toBar(implicit foo: Foo): Bar = {
    Bar(s"${foo.a} -> ${foo.b}")
}

def printBar(implicit bar: Bar) = {
    println(s"bar -> $bar")
}

toBar: Foo => Bar

Entorno de variables implícitas:

Scope implícito

Los implicitos se pueden "componer" automáticamente:

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

implicit def toBar(implicit foo: Foo): Bar = {
    Bar(s"${foo.a} -> ${foo.b}")
}

def printBar(implicit bar: Bar) = {
    println(s"bar -> $bar")
}

scala> implicit val foo = Foo("hola", 1)
foo: Foo = Foo(hola,1)

toBar: Foo => Bar 
foo: Foo

Entorno de variables implícitas:

Scope implícito

Los implicitos se pueden "componer" automáticamente:

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

implicit def toBar(implicit foo: Foo): Bar = {
    Bar(s"${foo.a} -> ${foo.b}")
}

def printBar(implicit bar: Bar) = {
    println(s"bar -> $bar")
}

scala> implicit val foo = Foo("hola", 1)
foo: Foo = Foo(hola,1)

scala> printBar

toBar: Foo => Bar 
foo: Foo

Entorno de variables implícitas:

Scope implícito

Los implicitos se pueden "componer" automáticamente:

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

implicit def toBar(implicit foo: Foo): Bar = {
    Bar(s"${foo.a} -> ${foo.b}")
}

def printBar(implicit bar: Bar) = {
    println(s"bar -> $bar")
}

scala> implicit val foo = Foo("hola", 1)
foo: Foo = Foo(hola,1)

scala> printBar
bar -> Bar(hola -> 1)

toBar: Foo => Bar 
foo: Foo

Entorno de variables implícitas:

http://www.json.org/

Ejemplo

/**
 * Generic json value
 */
sealed trait JsValue { ... }

case object JsNull extends JsValue

case class JsBoolean(value: Boolean) extends JsValue

case class JsNumber(value: BigDecimal) extends JsValue

case class JsString(value: String) extends JsValue

case class JsArray(value: Seq[JsValue] = List()) extends JsValue { 
    ...
}

case class JsObject(private val underlying: Map[String, JsValue]) extends JsValue {
    ... 
}

Serialización JSON en Play-JSON (similar en Spray-JSON)

Un objeto JSON es representado en Scala con un ADT:

Una representación canónica de un valor JSON

trait JsonConvertible {
    def toJsValue: JsValue
}

Una solución usando interfaces:

Ejemplo

trait JsonConvertible {
    def toJsValue: JsValue
}

class Persona(name: String, age: Int) extends JsonConvertible {
    def toJsValue = {
        JsObject(Map(
            "name" -> JsString( name ),
            "age"  -> JsNumber( age )
        ))
    }
}

Una solución usando interfaces:

Ejemplo

trait JsonConvertible {
    def toJsValue: JsValue
}

class Persona(name: String, age: Int) extends JsonConvertible {
    def toJsValue = {
        JsObject(Map(
            "name" -> JsString( name ),
            "age"  -> JsNumber( age )
        ))
    }
}

Una solución usando interfaces:

Problemas:

Acoplamiento: Mala separación de responsabilidades
¿Cómo manejar múltiples formas de serializar un mismo objeto?
¿Cómo manejar clases externas que no controlamos? ¿Extenderlas e implementar la interface?

Ejemplo

Separar en una type class la responsabilidad de convertir a JsValue.

trait Writes[A] {
  /**
   * Convert the object into a JsValue
   */
  def writes(o: A): JsValue

  ...
}

Una mejor solución

case class Ciudad(codigo: String, nombre: String)

Play JSON

object CiudadWrites extends Writes[Ciudad] {
    def write(c: Ciudad): JsValue = {
        JsObject(
            "codigo" -> JsString( c.codigo ),
            "nombre" -> JsString( c.nombre )
        )
    }
}

Es una mejora pero igual hay algo de trabajo manual.

Play JSON

Play Json, a partir de macros, puede derivar automáticamente el Writes de una clase, dado que en el scope implícito haya un Writes para cada uno de los tipos de atributos de la clase.

Play JSON

Dentro de Play existen Writes para los tipos básicos de Scala: String, Int, Double, Float, Boolean, etc..

Play Json, a partir de macros, puede derivar automáticamente el Writes de una clase, dado que en el scope implícito haya un Writes para cada uno de los tipos de atributos de la clase.

Play JSON

Dentro de Play existen Writes para los tipos básicos de Scala: String, Int, Double, Float, Boolean, etc..

Play Json, a partir de macros, puede derivar automáticamente el Writes de una clase, dado que en el scope implícito haya un Writes para cada uno de los tipos de atributos de la clase.

import play.api.libs.json._

Play JSON

Dentro de Play existen Writes para los tipos básicos de Scala: String, Int, Double, Float, Boolean, etc..

Play Json, a partir de macros, puede derivar automáticamente el Writes de una clase, dado que en el scope implícito haya un Writes para cada uno de los tipos de atributos de la clase.

Json.writes[MiCaseClass]

El mecanismo de macro se invoca llamando:

y devuelve un Writes[MiCaseClass]

case class Ciudad(codigo: String, nombre: String)
case class Persona(nombre: String, ciudadResidencia: Ciudad)

Play JSON

Dentro de Play existen Writes para los tipos básicos de Scala: String, Int, Double, Float, Boolean, etc..

Play Json, a partir de macros, puede derivar automáticamente el Writes de una clase, dado que en el scope implícito haya un Writes para cada uno de los tipos de atributos de la clase.

Json.writes[MiCaseClass]

El mecanismo de macro se invoca llamando:

y devuelve un Writes[MiCaseClass]

case class Ciudad(codigo: String, nombre: String)
case class Persona(nombre: String, ciudadResidencia: Ciudad)

Play JSON

case class Ciudad(codigo: String, nombre: String)
case class Persona(nombre: String, ciudadResidencia: Ciudad)

import play.api.libs.json.Json

scala> Json.writes[Persona]

Play JSON

case class Ciudad(codigo: String, nombre: String)
case class Persona(nombre: String, ciudadResidencia: Ciudad)

import play.api.libs.json.Json

scala> Json.writes[Persona]
<console>:13: error: No implicit writes for Ciudad available.
              Json.writes[Persona]

Play JSON

case class Ciudad(codigo: String, nombre: String)
case class Persona(nombre: String, ciudadResidencia: Ciudad)

import play.api.libs.json.Json

scala> Json.writes[Persona]
<console>:13: error: No implicit writes for Ciudad available.
              Json.writes[Persona]

scala> implicit val ciudadWrites = Json.writes[Ciudad]

Play JSON

case class Ciudad(codigo: String, nombre: String)
case class Persona(nombre: String, ciudadResidencia: Ciudad)

import play.api.libs.json.Json

scala> Json.writes[Persona]
<console>:13: error: No implicit writes for Ciudad available.
              Json.writes[Persona]

scala> implicit val ciudadWrites = Json.writes[Ciudad]

scala> Json.writes[Persona]
res1: play.api.libs.json.OWrites$$anon$1@2113b9b1

Play JSON

case class Ciudad(codigo: String, nombre: String)
case class Persona(nombre: String, ciudades: Array[Ciudad])

Play JSON

Haciendo un cambio:

... sigue funcionando:

import play.api.libs.json.Json

scala> implicit val ciudadWrites = Json.writes[Ciudad]

scala> Json.writes[Persona]
res1: play.api.libs.json.OWrites$$anon$1@2113b9b1

Pero no fue necesario definir un Writes[Array[Ciudad]] explícitamente

Bastó con un Writes[Ciudad]

Writes[A] => Writes[Array[A]]

Una conversión implícita:

¿Por qué funcionó esto?

Derivando Type classes con implicits

implicit def arrWrites[A](implicit wrt: Writes[A]): Writes[Array[A]] = {
    
    
    
    ???
    
    
}

implicit def arrWrites[A](implicit wrt: Writes[A]): Writes[Array[A]] = {
    new Writes[Array[A]] {
        def writes(as: Array[A]): JsValue = ???



    }
}

Derivando Type classes con implicits

¿Cuál es el subtipo de JsValue que corresponde a un arreglo de elementos?

implicit def arrWrites[A](implicit wrt: Writes[A]): Writes[Array[A]] = {
    new Writes[Array[A]] {
        def writes(as: Array[A]): JsValue = ???



    }
}

Derivando Type classes con implicits

¿Cuál es el subtipo de JsValue que corresponde a un arreglo de elementos?

JsArray

implicit def arrWrites[A](implicit wrt: Writes[A]): Writes[Array[A]] = {
    new Writes[Array[A]] {
        def writes(as: Array[A]): JsValue = ???



    }
}

Derivando Type classes con implicits

¿Cuál es el subtipo de JsValue que corresponde a un arreglo de elementos?

JsArray

implicit def arrWrites[A](implicit wrt: Writes[A]): Writes[Array[A]] = {
    new Writes[Array[A]] {
        def writes(as: Array[A]): JsValue = {
            val jsvals: Seq[JsValue] = ???
            JsArray( jsvals )
        }
    }
}

Derivando Type classes con implicits

Teniendo un Writes de A's podemos convertir en un JsValue cada elemento del arreglo de entrada:

implicit def arrWrites[A](implicit wrt: Writes[A]): Writes[Array[A]] = {
    new Writes[Array[A]] {
        def writes(as: Array[A]): JsValue = {
            val jsvals: Seq[JsValue] = ???
            JsArray( jsvals )
        }
    }
}

Derivando Type classes con implicits

implicit def arrWrites[A](implicit wrt: Writes[A]): Writes[Array[A]] = {
    new Writes[Array[A]] {
        def writes(as: Array[A]): JsValue = {
            val jsvals: Seq[JsValue] = as.map(a => wrt.write(a)).toSeq
            JsArray( jsvals )
        }
    }
}

Teniendo un Writes de A's podemos convertir en un JsValue cada elemento del arreglo de entrada:

Derivando Type classes con implicits

implicit def arrWrites[A](implicit wrt: Writes[A]): Writes[Array[A]] = {
    new Writes[Array[A]] {
        def writes(as: Array[A]): JsValue = {
            val jsvals: Seq[JsValue] = as.map(a => wrt.write(a)).toSeq
            JsArray( jsvals )
        }
    }
}

Teniendo un Writes de A's podemos convertir en un JsValue cada elemento del arreglo de entrada:

La implementación en Play 2.3.X

Derivando Type classes con implicits

type safety

Extensibilidad

Si no existe una instancia para el tipo no pasa el chequeo de tipos.

Agregar nuevas implementaciones para el mismo tipo

Agregar nuevos tipos con implementaciones del typeclass

Ventajas de type classes

Extensión retroactiva: permiten simular la inclusión de nuevos métodos dentro de una clase sin modificar su código fuente

Composición

Ventajas de type classes

Posibilidad de derivar nuevas instancias a partir de existentes

Desacoplamiento

No requieren implementar las funcionalidades en el cuerpo de las clases

Promueven única responsabilidad

Bien diseñada una type class solo se ocupa de modelar un comportamiento muy específico

Type classes en librerias

Slick

Usar tipos ricos en Scala, que tienen su equivalente en la base de datos

Type classes en librerias

Slick

Usar tipos ricos en Scala, que tienen su equivalente en la base de datos

Type classes en librerias

Slick

Usar tipos ricos en Scala, que tienen su equivalente en la base de datos

Type classes en librerias

Play framework

Interpretar Query params

Type classes en librerias

Play framework

Interpretar Query params

Type classes en librerias

scalaz

Patrones de programación funcional

Demo

Patrón pimp my class

Agregando funcionalidades dónde no las hay

Una forma de "agregar" nuevos métodos a una clase que ya ha sido definida.

Puede ser útil para agregar métodos utilitarios a librerías externas

Aprovecha el mecanismo de conversiones implícitas

Patrón pimp my class

¿Cómo funciona el siguiente código?

import scala.concurrent.duration._

val d = 5.seconds

La clase scala.Int no tiene un método seconds

Patrón pimp my class

¡Una conversión implícita a una clase que sí lo tenga y que utilice el entero!

Patrón pimp my class

package object duration {
    implicit class DurationInt(private val n: Int) {
        ...
        def seconds      = durationIn(SECONDS)
        def second       = seconds
        ...
    }
}

...alternativamente:

package object duration {
    implicit def toDurationInt(n: Int) = new DurationInt(n)

    class DurationInt(private val n: Int) {
        ...
        def seconds      = durationIn(SECONDS)
        def second       = seconds
        ...
    }
}

Código fuente

Con type classes

Recuperando el estilo de Programación Orientada a Objetos

trait Ord[T] {
    def lessOrEq(a: T, b: T): Boolean
}

implicit object stringOrd extends Ord[String] {
    def lessOrEq(a: String, b: String): Boolean = (a compareTo b) <= 0
}

stringOrd.lessOrEq("hola", "chao")

Los typeclasses promueven un estilo de invocación raro

Con type classes

Recuperando el estilo de Programación Orientada a Objetos

class OrdOps[T](a: T)(implicit ord: Ord[T]) {
    def lessOrEq(b: T): Boolean = ord.lessOrEq(a,b)
}

Definir una clase de ayuda y una conversión implícita:

Con type classes

Recuperando el estilo de Programación Orientada a Objetos

class OrdOps[T](a: T)(implicit ord: Ord[T]) {
    def lessOrEq(b: T): Boolean = ord.lessOrEq(a,b)
}

implicit def toOrdOps[T: Ord](t: T) = new OrdOps(t)

Definir una clase de ayuda y una conversión implícita:

Con type classes

Recuperando el estilo de Programación Orientada a Objetos

class OrdOps[T](a: T)(implicit ord: Ord[T]) {
    def lessOrEq(b: T): Boolean = ord.lessOrEq(a,b)
}

implicit def toOrdOps[T: Ord](t: T) = new OrdOps(t)

"hola".lessOrEq("chao")
"hola" lessOrEq "chao"

Definir una clase de ayuda y una conversión implícita:

Con type classes

Mucho trabajo manual y repetitivo al definir typeclasses:

Making our own typeclass with simulacrum

Simulacrum en github

CONECTANDO Higher kinded TYPEs Y TYPE CLASSES

Juntando hilos

CONECTANDO Higher kinded TYPEs Y TYPE CLASSES

Podemos hacerlo mediante una type class:

trait Mappable[F[_]] {
    def map[A,B](fa: F[A])(f: A => B): F[B]
    def replace[A,B](fa: F[A], b: B): F[B] = {
        map(fa, a => b)
    }
}

def mapList  [A,B](list  : List[A]  , f: A => B): List[B] = ...
def mapOption[A,B](option: Option[A], f: A => B): Option[B] = ...
def mapFuture[A,B](future: Future[A], f: A => B): Future[B] = ...

Volviendo al problema original queríamos generalizar esto:

CONECTANDO Higher kinded TYPEs Y TYPE CLASSES

Un Mappable es algo que tiene una operación map que ejecuta una función dentro del contexto de un "contenedor" F[_]

trait Mappable[F[_]] {
    def map[A,B](fa: F[A])(f: A => B): F[B]
}

CONECTANDO TYPE LAMBDAS Y TYPE CLASSES

Una implementación de ejemplo:

object ListMappable extends Mappable[List] {
    def map[A,B](la: List[A])(f: A => B): List[B] = {
        la.map(f)
    }
}

La implementación solo llama el método map definido dentro de la clase List

Fin

Fuentes y enlaces adicionales

Otra versión de esta presentación con más cosas se encuentra acá

Videos:

High Wizardry in the Land of Scala

Papers/Artículos:

Higher Kinded Types

Fuentes y enlaces adicionales

Videos:

Type Classes e Implicits

Papers/Artículos:

Ilustraciones

"Alice's Adventures in Wonderland" by Lewis Carroll

“But I don’t want to go among mad people," Alice remarked.
"Oh, you can’t help that," said the Cat: "we’re all mad here. I’m mad. You’re mad."
"How do you know I’m mad?" said Alice.
"You must be," said the Cat, "or you wouldn’t have come here.”
― Lewis Carroll, Alice in Wonderland