解釋一下 Kotlin 的 var、val、const

昨天公衆號後臺收到一位小夥伴的留言詢問，他對於 Kotlin 爲什麼沒有 Java 的 final 關鍵字感到困惑，這應該是不少初學者都會遇到的問題，因此我就寫了這篇博文從更底層的角度來解析 Kotlin 聲明變量時用到的三個關鍵字：var、val 和 const。

其實，Java 的 final 就等價於 Kotlin 的 val， 雖然經過 javap 反編譯能夠看到二者的底層實現不同，可是從語義上講，它們二者的確是等價的。具體緣由，咱們來逐一分析。

什麼是屬性

咱們知道，在 Kotlin 的世界中，class 已經再也不是惟一的一等公民，咱們能夠直接在代碼文件的最頂層（top-level）聲明類、函數和變量。

class Address {
  // class properties
  var province = "zhejiang"
  val city = "hangzhou"
}

fun prettify(address: Address): String {
  // local variable
  val district = "xihu"
  return district + ',' + address.city + ',' + address.province
}

// top-level property
val author = "liangfei"
複製代碼

上例中的 Address 是一個類，prettify 是一個函數，author 是一個變量，它們都是一等公民，也就是說，函數和變量能夠單獨存在，不會像 Java 那樣依附於類。

首先，var 和 val 可分爲三種類型：

• 類的屬性（class property），例如上例中的 var province = "zhejiang"，它是 Address 類的一個屬性；
• 頂層屬性（top-level property），例如上例中的 val author = "liangfei"，它是文件（module）的一個屬性；
• 局部變量（local variable），例如上例中的 val district = "xihu"，它是函數 prettify 的一個局部變量。

類的屬性和頂層屬性都是屬性，因此能夠統一來看待，屬性自己不會存儲值，也就是說它不是一個字段（field），那它的值是哪裏來的呢？咱們先來看一下聲明一個屬性的完整語法：

var <propertyName>[: <PropertyType>] [= <property_initializer>]
    [<getter>]
    [<setter>]
複製代碼

能夠看出，一個屬性的聲明能夠分解爲五個部分：屬性名、屬性類型、initializer、getter、setter。

• 屬性的名就是就是咱們用來引用屬性的方式；
• 屬性的類型能夠顯示聲明，由於 Kotlin 支持類型推導，若是類型可以從上下文推導得出，那麼它也能夠省略；
• initializer 是類型推導的線索之一，例如 val author = "liangfei"，根據 = "liangfei" 能夠得出它是一個 String 類型；
• getter 也是類型推導的線索之一，全部使用屬性名獲取值的操做，都是經過 getter 來完成的；
• setter 用於給屬性賦值。

以上只是聲明瞭一個屬性，若是咱們要賦值，它的值會存儲在哪裏呢？其實，編譯器還會自動爲屬性生成一個用於存儲值的字段（field），由於寫代碼時感知不到到它的存在，因此稱爲幕後字段（backing field）。具體能夠參考幕後字段，由於與本文關係不大，因此此處不作介紹。

var 和 val 所聲明的屬性，其最本質的區別就是：val 不能有 setter，這就達到了 Java 中 final 的效果。

例如，上面 Kotlin 代碼中的 Address 類：

class Address {
  var province = "zhejiang"
  val city = "hangzhou"
}
複製代碼

它在 JVM 平臺上的實現是下面這樣的（經過 javap 命令查看）：

public final class Address {
  public final java.lang.String getProvince();
  public final void setProvince(java.lang.String);
  public final java.lang.String getCity();
  public Address();
}
複製代碼

能夠看出，針對 var province 屬性，生成了 getProvince() 和 setProvince(java.lang.String) 兩個函數。可是 val city 只生成了一個 getCity() 函數。

對於局部變量來講，var 或者 val 都沒法生成 getter 或 setter，因此只會在編譯階段作檢查。

看一下它的官方定義（中文版可參考屬性和字段）：

Classes in Kotlin can have properties. These can be declared as mutable, using the var keyword or read-only using the val keyword.

對於類的屬性來講：var 表示可變（mutable），val 表示只讀（read-only）。對於頂層屬性來講也是同樣的。

可變和只讀

var 表示可變，val 表示只讀，而不是不可變（immutable）。咱們已經知道了 val 屬性只有 getter，可是這並不能保證它的值是不可變的。例如，下面的代碼：

class Person {
  var name = "liangfei"
  var age = 30

  val nickname: String
    get() {
      return if (age > 30) "laoliang" else "xiaoliang"
    }

  fun grow() {
    age += 1
  }
}
複製代碼

屬性 nickname 的值並不是不可變，當調用 grow() 方法時，它的值會從 "laoliang" 變爲 "xiaoliang"，可是沒法直接給 nickname 賦值，也就是說，它不能位於賦值運算的左側，只能位於右側，這就說明了爲何它是隻讀（read-only），而不是不可變（immutable）。

其實，Kotlin 有專門的語法來定義可變和不可變的變量，後面會專門寫一篇博問來分析，這裏再也不深刻。

咱們知道，Java 中可使用 static final 來定義常量，這個常量會存放於全局常量區，這樣編譯器會針對這些變量作一些優化，例如，有三個字符串常量，他們的值是同樣的，那麼就可讓這個三個變量指向同一塊空間。咱們還知道，局部變量沒法聲明爲 static final，由於局部變量會存放在棧區，它會隨着調用的結束而銷燬。

Kotlin 引入一個新的關鍵字 const 來定義常量，可是這個常量跟 Java 的 static final 是有所區別的，若是它的值沒法在編譯時肯定，則編譯不過，所以 const 所定義的常量叫編譯時常量。

編譯時常量

首先，const 沒法定義局部變量，除了局部變量位於棧區這個緣由以外，還由於局部變量的值沒法在編譯期間肯定，所以，const 只能修飾屬性（類屬性、頂層屬性）。

由於 const 變量的值必須在編譯期間肯定下來，因此它的類型只能是 String 或基本類型，而且不能有自定義的 getter。

因此，編譯時常量須要知足以下條件：

• 頂層或者 object 的成員（object 也是 Kotlin 的一個新特性，具體可參考對象聲明）。
• 初始化爲一個 String 或者基本類型的值
• 沒有自定義 getter

總結

最後，總結一下：

• var、val 聲明的變量分爲三種類型：頂層屬性、類屬性和局部變量；
• var 屬性能夠生成 getter 和 setter，是可變的（mutable），val 屬性只有 getter，是隻讀的（read-only，注意不是 immutable）；
• 局部變量只是一個普通變量，不會有 getter 和 setter，它的 val 等價於 Java 的 final，在編譯時作檢查。
• const 只能修飾沒有自定義 getter 的 val 屬性，並且它的值必須在編譯時肯定。

參考資料

• Why is a constant defined as a static final in Java?
• Properties and Fields
• Kotlin中常量的探究- 技術小黑屋