Kotlin 知識梳理(8) 運算符重載及其餘約定

1、本文概要

本文是對<<Kotlin in Action>>的學習筆記，若是須要運行相應的代碼能夠訪問在線環境 try.kotlinlang.org，這部分的思惟導圖爲：

在 Kotlin中，咱們能夠經過 調用本身代碼中定義的函數，來實現 特定語言結構。這些功能與 特定的函數命名 相關，而不是與特定的類型綁定。例如，若是在你的類中定義了一個名爲 plus的特殊方法，那麼按照約定，就能夠在該類的實例上使用 +運算符，這種技術稱爲 約定。

由於由類實現的接口集是固定的，而Kotlin不能爲了實現其餘接口而修改現有的類，所以通常 經過擴展函數的機制 來爲現有的類增添新的 約定方法，從而適應任何現有的Java類。

2、重載算術運算符

在Kotlin中，使用約定的最直接的例子就是 算術運算符，在Java中，全套的算術運算符只能用於基本數據類型，+運算符能夠與String一塊兒使用。下面，咱們看一下在Kotlin中，如何使用算術運算符來完成一些其它的事情。

2.1 重載二元運算符

假設已經有一個數據類Point，它包含兩個成員變量，分別是x,y點的座標值，咱們但願經過算術運算符+對兩個Point對象相加以後，可以獲得一個新的Point對象，它的成員變量x,y爲原有兩個Point對象的x,y之和。

運行結果爲：

在上面的代碼中，咱們爲 Point類定義了一個擴展函數 plus，這樣當咱們調用 first + second，實際上執行的是 first.plus(second)方法來獲得一個新的 Point對象。這裏須要注意的是：用於重載運算符的全部函數都須要 用 operator 關鍵字來標記，用來表示你打算 把這個函數做爲相應的約定的實現。

全部可重載的二元算術運算符以下，自定義類型的運算符，基本上和標準數字類型的運算符有着相同的優先級。

• a * b：times
• a / b：div
• a % b：mod
• a + b：plus
• a - b：minus

運算符函數和 Java

• 當從Java調用Kotlin運算符很是容易，只須要像普通函數同樣調用便可，例如上面的plus方法。
• 當從Kotlin調用Java的時候，對於與Kotlin約定匹配的函數（不要求使用operator修飾符，可是參數須要匹配名稱和數量）均可以使用運算符語言來調用。若是Java類定義了一個知足需求的函數，可是起了一個不一樣的名稱，能夠經過定義一個擴展函數來修正這個函數名用來替代現有的Java方法。

沒有用於位運算的特殊運算符

Kotlin沒有爲標準數字類型Int，Long等定義任何位運算符，所以也不容許你爲自定類型定義它們。相反，它使用中綴調用語法的函數，能夠爲自定義類型定義類似的函數，下面咱們爲Point添加一個and，用於執行位運算。

運行結果爲：

這裏咱們再也不使用 operator關鍵字來聲明，而是用 infix來定義一箇中綴調用語法的函數，其它執行位運算的函數包括： shl、 shr、 ushr、 and、 or、 xor和 inv。

2.2 重載複合賦值運算符

當在定義像plus這樣的函數，Kotlin不止支持+號運算，也支持像+=這樣的 複合賦值運算符。

須要注意，這個只對於可變變量有效，也就是 first要聲明爲 var。在一些狀況下，定義 +=運算符能夠 修改使用它的變量所引用的對象，但不會從新分配引用，將一個元素添加到可變集合，就是一個很好的例子：

若是你定義了一個返回值爲 Unit，名爲 plusAssign的函數， Kotlin將會在用到 +=運算符的地方使用它，其它二元運算符也有命名類似的對應函數： minusAssign、 timesAssign等。

當在代碼中用到+=的時候，理論上plus和plusAssign均可能會被調用，若是兩個函數都有定義而且適用，那麼編譯器就會報錯，例以下面這樣的定義：

編譯時的錯誤爲：

解決方法有兩種：

• 使用 不可變 val 代替可變 var 來修飾first，這樣plus運算符就再也不適用。
• 不要同時爲一個類添加plus和plusAssign運算。若是一個類是 不可變的，那就應該只提供返回一個新值的運算；若是一個類是 可變的，例如構建器，那麼只須要提供plusAssign和相似的運算符就夠了。

Kotlin的標準庫支持集合的這兩種方法：

• +和-運算符老是返回一個新的集合
• +=和-=運算符用於可變集合時，始終在一個地方修改它們；而它們用於只讀集合時，會返回一個修改過的副本。

做爲它們的運算數，可使用單個元素，也可使用元素類型一致的其它集合：

運行結果爲：

2.3 重載一元運算符

重載一元運算的過程和前面看到的方式相同：用預先定義的一個名稱來聲明函數，並用修飾符operator標記。下面的例子中重載了-a運算符：

運行結果爲：

全部可重載的一元算法運算符包括：

• +a：unaryPlus
• -a：unaryMinus
• !a：not
• ++a/a++：inc
• --a/a--：dec

當你定義inc和dec函數來重載自增和自減的運算符時，編譯器自動支持與普通數字類型的前綴、後綴自增運算符相同的語義。例如後綴運算會先返回變量的值，而後才執行++操做。

3、重載比較運算符

與算術運算符同樣，在Kotlin中，能夠對任何對象使用比較運算符（==、!=、>和<），而不只僅限於基本數據類型。

3.1 等號運算符，equals

若是在Kotlin中使用==/!=運算符，它將被轉換成equals方法的調用，和其餘運算符不一樣的是，==和!=能夠用於可空運算數，比較a == b會檢查a是否爲飛空，若是不是就調用a.equals(b)，完整的調用以下所示：

a?.equals(b) ?: (b == null)
複製代碼

對於data修飾的數據類，equals的實現將會由編譯器自動生成，若是須要手動實現，能夠參考下面的作法：

• 比較是否指向同一對象的引用，若是是，那麼直接返回true
• 類型若是不一樣，直接返回false
• 比較做爲判斷依據的字段

equals函數之因此被標記爲override，這是由於這個方法的實現是在Any類中定義的，而operator關鍵字在基本方法中已經標記了。同時，equals不能實現爲擴展函數，由於繼承自Any類的實現始終優先於擴展函數。

3.2 排序運算符 compareTo

在Kotlin中，對於實現了Comparable接口中定義的compareTo方法的類能夠按約定調用，比較運算符<、>、<=、>=的使用將被轉換爲compareTo，compareTo的返回類型必須爲int，也就是說p1 < p2表達式等價於p1.compareTo(p2) < 0。

下面，咱們定義一個Person類，讓其根據年齡來比較大小：

運行結果爲：

在上面的例子中，咱們用到了 Kotlin標準庫函數中的 compareValuesBy函數來簡潔地實現 compareTo方法，這個函數 接收用來計算比較值的一系列回調，按順序依次調用回調方法，兩兩一組分別作比較：

• 若是值不一樣，則返回比較結果
• 若是相同，則繼續調用下一個
• 若是沒有更多的回調來調用，則返回0

這些回調函數能夠像lambda同樣傳遞，或者像這裏作的同樣，做爲屬性引用傳遞。

4、集合與區間的約定

處理集合最多見的操做包含兩種：

• 經過下標來獲取和設置元素，使用語法a[b]，稱爲 下標運算符。
• 檢查元素是否屬於當前集合，使用in運算符。

4.1 經過下標來訪問元素：get 和 set

在Kotlin中，下標運算符是一種約定，使用下標運算符讀取元素會被轉換爲get運算符方法的調用，而且寫入元素將調用set，下面咱們爲Point類添加相似的方法：

get的參數能夠是任何類型，而不止是 Int，例如，當你對 map使用下標運算符時，參數類型是鍵的類型，它能夠是任意類型。還能夠定義具備多個參數的 get方法，例如若是要實現一個類來表示二維數組或矩陣，你能夠定義一個方法，例如 operator fun get(rowIndex : Int, colIndex : Int)，而後用 matrix[row, col]來調用。

下面，咱們再來看一下set的約定方法：

運行結果爲：

定義 set函數後，就能夠在賦值語句中使用下標運算符， set的最後一個參數用來接收賦值語句中（等號）右邊的值，其餘參數做爲方括號內的下標。

4.2 in 的約定

集合支持的另外一個運算符是in運算符，用於檢查某個對象是否屬於集合，相應的函數叫作contains，下面的例子用於判斷某個點是否處於矩形範圍以內：

運行結果爲：

4.3 rangeTo 的約定

要建立一個區間時，使用的是..語法，例如1..10表明全部從1到10的數字，..運算符是調用rangeTo函數的一個簡潔方法。rangeTo返回一個區間，你能夠爲本身的類定義這個運算符，可是，若是該類實現了Comparable接口，那麼就不須要了，你能夠經過Kotlin標準庫建立一個任意可比較元素的區間，這個庫定義了能夠用於任何可比較元素的rangeTo函數

operator fun <T : Comparable<T>> T.rangeTo(that : T) : ClosedRange<T>
複製代碼

這個函數返回一個區間ClosedRanged，能夠用來檢測其它一些元素是否屬於它。

做爲例子，咱們用LocalData來構建一個日期的區間：

運行結果爲：

上面的 now..now.plusDays(10)將會被編譯器轉換爲 now.rangeTo(now.plusDays(10))，它並非 LocalDate的成員函數，而是 Comparable的一個擴展函數。

4.4 在 "for" 循環中使用 "iterator" 的約定

在for循環中使用in運算符表示 執行迭代操做，諸如for(x in list) { }將被轉換成list.iterator()的調用，而後在上面重複調用hasNext和next方法。

運行結果爲：

上面用到了 Kotlin 知識梳理(4) - 數據類、類委託 及 object 關鍵字 中介紹的經過 object來實現匿名內部類的知識。

5、解構聲明和組件函數

解構聲明的功能容許你展開單個複合值，並使用它來初始化多個單獨的變量。它再次用到了約定的原理，要在解構聲明中初始化每一個變量，將調用名爲componentN的函數，其中N是聲明中變量的位置。

對於數據類，編譯器爲每一個在主構造方法中聲明的屬性生成一個componentN函數，下面的例子顯示瞭如何手動爲非數據類聲明這些功能：

運行結果爲：

解構聲明主要使用場景之一，是從一個函數返回多個值，這個很是有用。若是要這樣作，能夠定義一個數據類來保存返回所需的值，並將它做爲函數的返回類型。在調用函數以後，能夠用解構聲明的方式，來輕鬆的展開它，使用其中的值。

解構聲明不只能夠用做函數中的頂層語句，還能夠用在其餘能夠聲明變量的地方，例如使用in循環來枚舉map中的條目：

運行結果爲：

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