Kotlin 知識梳理(7) Kotlin 的類型系統

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：

2、基本數據類型和其它基本類型

2.1 基本類型：Int、Boolean 及其它

Java把基本數據類型和引用類型作了區分：

• 基本數據類型，例如int的變量直接存儲了它的值，咱們不能對這些值調用方法，或者把它們放到集合中。
• 引用類型的變量存儲的是指向包含該對象的內存地址的引用。

Kotlin不區分基本數據類型和引用類型，它使用的永遠是一個類型（例如Int），此外，你還能對一個數字類型的值調用方法。

在運行時，數字類型會盡量地使用最高效的方式來表示，大多數狀況下，對於變量、屬性、參數和返回類型，Kotlin的Int類型會被編譯成Java基本數據類型int。惟一不可行的例外是泛型類，例如集合，用做泛型類型參數的基本數據類型會被編譯成對象的Java包類型。

對應到Java基本數據類型的類型完整列表以下：

• 整數類型：Byte、Short、Int、Long
• 浮點數類型：Float、Double
• 字符類型：Char
• 布爾類型：Boolean

像Int這樣的Kotlin類型在底層能夠輕易地編譯成對應的Java基本數據類型。而在Kotlin中使用Java聲明時，Java基本數據類型會變成非空類型，由於它們不能持有null值。

2.2 可空的基本數據類型：Int?、Boolean? 及其它

Kotlin中的可空類型不能用Java的基本數據類型表示，由於null只能被存儲在Java的引用類型的變量中。任什麼時候候，只要使用了基本數據類型的可空版本，它就會被編譯成對應的包裝類型，而且不能比較兩個可空基本數據類型的大小，由於它們之中任何一個均可能爲null。

除此以外，泛型類是包裝類型應用的另外一種狀況，若是你 用基本數據類型做爲泛型類的類型參數，那麼 Kotlin 會使用該類型的包裝形式，例以下面這段代碼，就會建立一個Integer包裝類的列表，儘管你歷來沒有指定過可空類型或者用過null值：

val listOfInts = listOf(1, 2, 3)
複製代碼

這是由Java虛擬機實現泛型的方式決定的，JVM不支持用基本數據類型做爲類型參數，因此泛型類必須始終使用類型的包裝表示。

2.3 數字轉換

Kotlin和Java之間一條重要的區別就是處理數字轉換的方式，Kotlin不會自動地把數字從一種類型轉換成另外一種，即使是轉換成範圍更大的類型，咱們必須 顯示地轉換，對每一種基本數據類型都定義有轉換函數：toByte()、toShort()、toChar()等，這些函數支持雙向轉換：

在比較裝箱值的時候，比較兩個裝箱值的 equals不只會檢查它們存儲的值，還要比較裝箱類型，也就是說 new Integer(42).equals(new Long(42))會返回 false。

基本數據類型字面值

Kotlin除了支持簡單的十進制數字以外，還支持下面這些在代碼中書籤數字字面值的方式：

• 使用後綴L表示Long：123L
• 使用標準浮點數表示Double：0.12、1.2e10和1.2e-10。
• 使用後綴F表示Float：123.4f、.456F和1e3f。
• 使用前綴0x或者0X表示十六進制：0xbcdL。
• 使用前綴0b或者0B表示二進制字面值：0b0001。

當你使用數字字面值去初始化一個類型已知的變量時，又或是把字面值做爲實參傳給函數時，必要的轉換會自動地發生。

此外，算術運算符也被重載了，它們能夠接收全部適當的數字類型。

2.4 根類型：Any 和 Any?

Any類型是Kotlin全部非空類型的超類型，包括像Int這樣的基本數據類型，和Java同樣，把基本數據類型的值賦給Any類型的變量會自動裝箱。

在Kotlin中，若是你須要能夠持有任何可能值的變量，包括null在內，必須使用Any?類型。

在底層，Any類型對應java.lang.Object，Kotlin把Java方法參數和返回類型中用到的Object類型看做Any，當Kotlin函數函數中使用Any時，它會被編譯成Java字節碼中的Object。

全部的Kotlin類都包含下面三個方法：toString、equals和hashCode，這些方法都繼承自Any。Any不能使用其它Object的方法（例如wait和notify），可是能夠經過手動把值轉換成java.lang.Object來調用這些方法。

2.5 Unit 類型：Kotlin 的 void

Kotlin中的Unit類型完成了Java中的void同樣的功能，當函數沒有有意思的結果要返回時，它能夠用做函數的返回類型：

fun f() : Unit { .. }
複製代碼

Unit是一個完備的類型，能夠做爲類型參數，而void卻不行。只存在一個值是Unit類型，這個值也叫作Unit，而且（在函數中）會被隱式地返回，當你在重寫返回泛型參數的函數時這很是有用，只須要讓方法返回Unit類型的值：

運行結果爲：

2.6 這個函數永不返回：Nothing

對於某些Kotlin函數來講，「返回類型」的概念沒有任何意義，由於它們歷來不會成功地結束，Kotlin使用一種特殊的返回類型Nothing來表示：

運行結果爲：

Nothing類型沒有任何值，只有被看成函數返回值使用，或者被看成泛型函數返回值的類型參數使用纔會有意義，在其它狀況下，聲明一個不能存儲任何值的變量沒有任何意義。

返回Nothing的函數能夠放在Elvis運算符的右邊來作先決條件檢查：

運行結果爲：

3、集合和數組

3.1 可空性和集合

在 Kotlin 知識梳理(6) - Kotlin 的可空性 中，咱們討論了可空類型的概念，但僅僅簡略地談到類型參數的可空性，其實集合也能夠持有null元素，和變量能夠持有null同樣，類型在被看成類型參數時也能夠用一樣的方式來標記。

下面咱們建立一個包含可空值的集合，以後遍歷該集合，打印出有效的數字之和以及爲null的集合元素個數：

運行結果爲：

3.2 只讀集合與可變集合

Kotlin的集合設計與Java不一樣的另外一項重要特質是：它把訪問集合數據的接口和修改集合數據的結構分開了：

• kotlin.collections.Collection：使用這個接口，能夠遍歷集合中的元素、獲取集合大小、判斷集合中是否包含某個元素，執行其餘從該集合中讀取數據的操做。
• kotlin.collections.MutableCollection：修改集合中的數據。

通常的原則是：在代碼的任何地方都應該使用只讀接口，只在代碼須要修改集合的地方使用可變接口的變體。

下面的例子演示瞭如何使用只讀集合和可變集合：

運行結果爲：

3.3 Kotlin 集合和 Java

每個Kotlin接口都是其對應Java集合接口的一個實例，在Kotlin和Java之間轉移並不須要轉換；不須要包裝器也不須要拷貝數據。

每一種Java集合接口在Kotlin中都有兩種表示：一種是隻讀的，另外一種是可變的。在下圖當中，能夠看出Kotlin集合接口的層級結構，Java類ArrayList和HashSet都繼承了Kotlin可變接口。

Kotlin中只讀接口和可變接口的基本結構與 java.util中的 Java集合接口的結構是平行的。可變接口直接對應 java.util包中的接口，而它們的只讀版本缺乏了全部產生改變的方法。

上圖中包含了Java類中的ArrayList和HashSet，在Kotlin看來，它們分別繼承自MutableList和MutableSet接口，這樣既獲得了兼容性，也獲得了可變接口和只讀接口之間清晰的分離。

除了集合以外，Kotlin中Map類也被表示成了兩種不一樣的版本：Map和MutableMap。咱們以前見到的listOf/setOf/mapOf所返回的都是隻讀版本。

當你有一個使用java.util.Collection作形參的Java方法，能夠把任意Collection或MutableCollection的值做爲實參傳遞給這個形參。Java並不會區分只讀集合和可變集合，也就是說即便Kotlin中把集合聲明成只讀的，Java代碼也能夠修改這個集合，例以下面的代碼，雖然咱們將printInUppercase接收的list參數聲明爲只讀的，可是仍然能夠經過Java代碼修改它。

//CollectionUtils.java
public class CollectionUtils {
    public static List<String> uppercaseAll(List<String> items) {
        for (int i = 0; i < items.size(); i++) {
            items.set(i, items.get(i).toUpperCase());
        }
        return items;
    }
}

//collections.kt
fun printInUppercase(list : List<String>) {
    println(CollectionUtils.uppercaseAll(list));
    println(list.first())
}
複製代碼

3.4 做爲平臺類型的集合

前面咱們介紹過，Kotlin把那些定義在Java代碼中的類型當作 平臺類型，Kotlin沒有任何關於平臺類型的可空性信息，因此編譯器容許Kotlin代碼將其視爲可空或者非空，一樣，Java中聲明的集合類型的變量也被視爲平臺類型。

當咱們須要重寫或者實現簽名中有集合類型的Java方法時，這些差別才變得重要，咱們須要決定使用哪種Kotlin類型來表示這個Java類型，它們會反映在產生的Kotlin參數類型中：

• 集合是否爲空？
• 集合中的元素是否爲空？
• 你的方法會不會修改集合？

例以下面這個使用集合參數的Java接口：

interface DataParser<T> {
    void parseData(String input, List<T> output, List<String> errors);
}
複製代碼

咱們的選擇爲：

• List<String>將是非空的，由於調用者老是須要接收錯誤信息。
• 列表中的元素將是可空的，由於不是每一個輸出列表中的條目都有關聯的錯誤信息。
• List<String>將是可變的，由於實現代碼須要向其中添加元素。

那麼Kotlin的實現以下：

class PersonParser : DataParser<Person> {
    override fun parseData(input : String, output : MutableList<Person>, 
        errors : MutableList<String?>)
}
複製代碼

3.5 對象和基本數據類型的數組

Kotlin中的一個數組是一個帶有類型參數的類，其元素類型被指定爲相應的類型參數，要在Kotlin中建立數組，有下面這些方法供你選擇：

• arrayOf函數建立一個數組，它包含的元素是指定爲該函數的實參
• arrayOfNulls建立一個給定大小的數組，包含的是null元素，固然，它只能用來建立包含元素類型可空的數組
• Array構造方法接收數組的大小和一個lambda表達式，調用lambda表達式來建立每個數組元素，這就是使用非空元素類型來初始化數組，但不用顯示地傳遞每一個元素的方式

運行結果爲：

建立沒有裝箱的基本數據類型的數組

數組類型的類型參數始終會變成對象類型，所以，若是你聲明瞭一個Array<Int>，它將會是一個包含裝箱整型的數組，若是你須要建立沒有裝箱的基本數據類型的數組，必須使用一個基本數據類型數組的特殊類。

Kotlin提供了若干個獨立的類，每一種基本數據類型對應一個，例如Int類型值的數組叫做IntArray，要建立一個基本數據類型的數組，有以下的選擇：

• 該類型的構造方法接收size參數並返回一個使用對應基本數據類型默認值初始化好的數組。
• 工廠函數（例如IntArray的intArrayOf，以及其餘數組類型的函數）接收變長參數的值並建立和存儲這些值的數組。
• 另外一種構造方法，接收一個大小和一個用來初始化每一個元素的lambda。

運行結果爲：

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