4.1 集合框架与类型层级

4.1 集合框架与类型层级

Scala 集合统一在 Iterable 之下，分 Seq（有序）、Set（去重）、Map（键值） 三大分支，每支各有不可变与可变两套实现。理解这张层级树，选型就从"背 API"变成"做推论"。

一张图先立起来

集合类型层级总览

不加限定直接写 List(1,2,3) 得到的是不可变版本——默认导入把不可变别名置前，这是语言在用命名权鼓励 3.1 节的不可变默认。

为什么层级长这样

统一的 Iterable 父类型带来一个被严重低估的能力：集合变换保持类型。Set(...).map 返回 Set，Map(...).map 仍围绕键值结构。算法写在 Iterable 层，所有具体集合免费复用：

def total(ns: Iterable[Int]): Int = ns.sum
total(List(1,2,3))        // 6
total(Vector(1,2,3))      // 6
total(Set(1,2,3))         // 6
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各结构操作复杂度速查

两条经验：不确定就用 Vector（各操作都不差）；递归算法的首尾拆分用 List（head/tail 都是 O(1)，且结构共享免费）。

字符串与数组也在体系边缘

String 与 Array 不是 Iterable 子类，但通过隐式转换可与集合互操作（"abc".toSeq、Array(1,2).toVector）。跨边界时主动 toVector/toList 转成不可变集合，把可变数组挡在边界之外，是常见的防腐做法。

图 4-1 Scala 集合类型层级鸟瞰

用 REPL 亲手摸一遍共同接口

集合层级的说服力在于"换实现不换代码"。下面这段在 REPL 里逐行执行，观察同一个 map/filter 在四种集合上的表现：

val xs = List(1, 2, 3, 4)
xs.map(_ * 2)                          // List(2, 4, 6, 8)
xs.view.map(_ * 2).filter(_ > 4).toList // view：惰性视图，最后才落地
Vector.from(xs).map(_ * 2)             // Vector(2, 4, 6, 8)
(xs.iterator.map(_ * 2)).take(2).toList // Iterator：一次性，只能走一遍
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四行代码对应四种代价模型：List 立即求值、view 惰性且可重复使用、Vector 立即但随机访问快、Iterator 惰性且一次性。接口一致，语义细节不同——集合选型选的正是这层代价模型。

Iterable 与 Traversable 的分水

Scala 2 时代最顶层的 Traversable 在 Scala 3 中已移除，Iterable 成为集合金字塔的塔尖：能给出 iterator 的一切都是集合。这条变化的实际影响是老代码迁移时 Traversable 一律换成 Iterable 即可。再往下，Seq、Set、 Map 三分天下，各有 Sorted、Indexed、Linear 变体——把这张族谱放进类型层级图里对照看，选型时按"需要有序、需要去重、需要键值"三问走，基本不会迷路。

共同构造器与工厂速记

List.range(1, 6)                 // List(1, 2, 3, 4, 5)
Vector.tabulate(3)(i => i * i)   // Vector(0, 1, 4)
Map.from(List("a" -> 1))          // Map(a -> 1)
List.fill(3)("x")                 // List(x, x, x)
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这些工厂函数是搭建测试数据最快的路——写测试时（第八章）一行就能造出确定性输入，不必手写样例数据。

泛型签名怎么读： Seq 的型变预告

集合类型在 IDE 里展开后常常是这个样子：Seq[+A]、Map[K, +V]。加号预告了第五章的型变课题，这里先建立手感：

val ns: Seq[Int] = Vector(1, 2, 3)
val anys: Seq[Any] = ns          // Seq[+A]：Int 是 Any 的子类型，容器关系随之放宽
val m: Map[String, Int] = Map("a" -> 1)
val m2: Iterable[(String, Int)] = m   // Map 也是 Iterable 的子类型
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两条赋值都能通过，靠的正是层级设计：Seq 协变让"整数序列也是任意值序列"；Map 继承 Iterable 让所有对 Iterable 有效的操作对 Map 直接可用。集合层级不是教科书装饰，而是每天在赋值号两侧生效的契约。

IterableOnce 与迭代的一次性

val it = List(1, 2, 3).iterator
it.next()        // 1
it.next()        // 2
it.sum           // 3 —— 只剩一个元素可求
it.sum           // 0 —— 已耗尽，静默返回空结果
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Iterator 的一次性是新手事故高发区：第二次使用的返回值不是报错而是"看起来正常的空结果"。凡是签名里出现 Iterator 的中间值，要么立即 toList 落地，要么确认只消费一次。这条纪律同样适用于第六章的流式处理：数据源一旦被 Future 持有，重复触发就会拿到空流，排查起来相当费时。顺带记住 companion 里的 empty、singleton 两个常用工厂，构造空集合与单元素集合时比手写更清晰。

本节要点回顾

• 三大分支：Seq、Set、Map，各有不可变（默认）与可变两套。
• 统一 Iterable 让变换保持类型、算法全族复用。
• 复杂度表决定选型：不确定选 Vector，递归拆分选 List，按键查选 HashMap。
• Array/String 是体系边缘，进系统先转不可变集合。