kotlin中的類型可空性

做爲一個程序員，最多見的問題恐怕就是NPE了吧，有時候即便很當心的編碼，仍是避免不了出現NPE，在Kotlin中，它力爭把這個在運行時經常出現的問題在編譯器解決掉，讓咱們寫出更加健壯不易崩潰的代碼。

Java的類型系統存在的問題

在說kotlin以前，咱們先談談Java中的類型系統。什麼是類型呢？通俗來說其實就是對全部咱們要表示的數據肯定一個具體的分類。 好比，咱們把12這個數據分爲int這個分類(或類型)，咱們把"ABC"這個數據分爲String分類(或類型)。那爲何要分類呢？實際上是爲了對不一樣的類型作不一樣的運算和處理。好比知道一個數據是int類型，那咱們就能夠對其進行加減乘除等運算，知道一個數據是字符串類型，咱們就能夠對其求長度。 可是，在Java的類型系統中存在這樣的問題，對於全部的引用類型的對象，當它們沒有被初始化時，他們的值都爲null。這裏存在什麼問題呢。看下面這行簡單的Java代碼:

String str = "ABC";
System.out.println(str.length());
str = null;
System.out.println(str.length());
複製代碼

上面的代碼，咱們聲明瞭一個String類型的變量str，而後咱們將"ABC"這個字符串賦值給它，咱們調用length()函數，它能夠正確打印出字符串長度，這是很合理的。但當我給str賦值爲null後，咱們一樣能夠對str變量調用length()函數，可是這時候卻報了NPE。這時候咱們回頭分析一下這段咱們習覺得常的代碼存在的問題，那就是在Java的類型系統中，全部的引用類型均可以容許被賦值爲null，並且Java也容許咱們對null調用length()方法，至少這麼寫是能夠正常編譯的，可是卻在運行時報NPE。爲了不NPE咱們不得不在調用方法前對str變量進行額外的null檢查，這就致使咱們的代碼中不得不出現不少非空檢查的防護性代碼。

下面就來看看kotlin的設計者是如何解決上述問題的。

kotlin中的可空類型

上面咱們說，Java存在的問題是對於一個引用類型的變量，它容許咱們將引用類型對象和null均可以賦值給這個變量。

kotlin的作法也比較簡單，你聲明的變量默認就只能將非空的值賦值給這個變量，一旦你將null賦值給這個變量，你會發現你的代碼連編譯都過不了。這樣就在必定程度上在編譯期提早幫我咱們暴露了問題。 有時候你想聲明一個變量能夠給它賦值爲null，那你就必須顯式聲明它是可空類型，也就代表你很清楚它賦值爲null是沒問題的。

下面的代碼給出非空類型的聲明方式。

//str變量爲非空類型
fun len(str: String) = str.length

//傳入null編譯會報錯
fun main(args: Array<String>) {
    len(null)
}
複製代碼

若是你想讓一個變量容許賦值爲null，即將其變爲可空類型，聲明方式爲在類型後面加一個「?」，以下代碼所示:

//str變量爲可空類型
fun len(str: String?) = str.length

//傳入null編譯不會報錯
fun main(args: Array<String>) {
    len(null)
}
複製代碼

下面是可空類型和非空類型的幾點特性，都很好理解，結合下面的示例代碼:

fun main(args: Array<String>) {
    var str1: String? = null
    //可空類型是不容許直接調用String的方法和屬性的,編譯報錯
    val len = str1.length

    //可空類型變量是不能夠直接賦值給非空類型變量的,編譯報錯
    var str2: String = str1
    
    //非空類型變量是能夠直接賦值給可空類型變量的
    var str3: String = "value"
    str1 = str3
}
複製代碼

• 可空類型是不容許直接調用對象的方法和屬性的，編譯報錯
• 可空類型變量是不能夠直接賦值給非空類型變量的，編譯報錯
• 非空類型變量是能夠直接賦值給可空類型變量的

還有一點要注意，對於一個可空類型，若是你顯式作了null的檢查，那你就能夠直接在可空類型上面調用這個對象的方法和屬性了，以下面的代碼:

fun len(str: String?): Int = 
    if (str != null) str.length else 0
複製代碼

在沒有判斷null以前，調用str.length，編譯器會報錯，如今判斷完null以後，編譯器就容許咱們調用了。

安全調用運算符

在Java中，咱們常常會寫下面的代碼:

if (str != null){
    return str.toUpperCase();
}else {
    return null;
}
複製代碼

在kotlin中，咱們對於可空類型的變量，也會寫出下面的代碼:

if (str != null) str.toUpperCase() else return null
複製代碼

kotlin中對於這種常見的模版代碼，提供了一種專門的運算符，叫作安全調用運算符，它的具體形式是"?." 這個運算符的運算規則是，若是被調用的變量不是null，則正常調用並返回結果，若是調用的變量等於null，則此次調用不會發生，直接返回null。這就有效避免了NPE問題。 咱們看看上面的例子，在kotlin中使用安全調用運算符該怎麼寫:

return str?.toUpperCase()
複製代碼

對，就是這麼簡單的一行，就把判空操做直接也包含在內了。 注意，安全調用運算符的返回結果是一個可空類型的變量，由於它有可能會返回null。即像下面這樣:

val res: String? = str?.toUpperCase();
複製代碼

上面的例子可能還不夠吸引你，下面的這個例子絕對可讓你喜歡上這個運算符: 咱們定義一個對象的時候，常常會有對象嵌套的狀況，可是當咱們從一個對象裏面訪問嵌套的對象的屬性時，常常須要作不少層的null檢查，就像下面的kotlin代碼同樣:

data class Son(val name: String?, val age: Int?)

data class Person(val name: String?, val age: Int?, val son: Son?)

fun Person.getSonAge(): Int{
    if (son != null){
        val sonAge = son.age
        return if (sonAge != null) sonAge else 0
    }else{
        return 0
    }
}
複製代碼

對於上面的例子，咱們發現每一個變量都有多是null，咱們就必須在訪問它們的屬性時必須加上醜陋的null檢查代碼，不然就有可能形成NPE，當咱們使用安全調用運算符後，咱們就能夠像下面這樣一行調用了:

fun Person.getSonAge(): Int? = son?.age
複製代碼

不管咱們的對象定義的嵌套層級有多深，咱們均可以使用安全調用運算符直接訪問屬性，當其中某一層的屬性爲null時，就直接返回null，而再也不去訪問後面的屬性，使代碼簡潔了不少。

null合併運算符

上面的代碼仍是存在不太優雅的地方。上面的例子，當對象屬性爲空時，咱們但願age能夠返回0，而不是null，在Java中咱們可使用三目運算符，在kotlin中不存在三目運算符，那咱們就必須使用if判斷了，像下面這樣寫:

fun Person.getSonAge() = if (son?.age != null) son.age else 0
複製代碼

可是kotlin中提供了null合併運算符"?:"，能夠簡化上面的判斷邏輯，根據名字就知道，它是將咱們對null的判斷進行了合併簡化，注意，這個運算符跟Java的三目運算符很像，但它是個二元運算符。 它的運算規則是，若是第一個運算數不爲null，那結果就是第一個運算數，若是第一個運算數爲null，那結果就是第二個運算數，因此上面的代碼能夠簡化爲下面的樣子:

fun Person.getSonAge() = son?.age ?: 0
複製代碼

是否是簡潔了不少，可是我的感受第一次接觸仍是以爲不利於代碼的理解，熟悉了之後仍是很不錯的。 固然，咱們有時候不想在值爲null的時候返回一個默認值，咱們想拋出一個異常，那也是能夠的，就像下面這樣:

fun Person.getSonAge() = son?.age ?: throw IllegalArgumentException("no age")
複製代碼

安全轉換運算符

在Java中，咱們想驗證一個對象是否是某個類型，是使用instanceof關鍵字來檢查，而後再進行對象的強轉，若是咱們直接強轉就會出現ClassCastException異常。在kotlin中，一樣的功能咱們使用is進行類型檢查，使用as進行類型強轉，就像下面這樣:

class Person(val name: String, val age: Int){
    override fun equals(other: Any?): Boolean {
        if (other is Person){
            //檢查成功後會只能轉化other對象爲Person類型
            // val otherPerson = other as Person
            return other.name == name && other.age == age
        }else{
            return false
        }
    }

    override fun hashCode(): Int = name.hashCode() * 37 + age
}
複製代碼

上面的例子是重寫了Person類的equals和hashCode方法。 kotlin針對上面的狀況，爲咱們提供了安全轉化運算符"as?"，簡單來講就是若是一個對象能夠成功轉換爲某個類型，則會自動轉換，不然返回null，這樣咱們再利用null合併運算符進行處理，就能夠寫出很是優雅的代碼，下面的代碼用更優雅的方式實現了上面的功能:

class Person(val name: String, val age: Int){
    override fun equals(other: Any?): Boolean {
        val otherPerson = other as? Person ?: return false;
        return other.name == name && other.age == age
    }

    override fun hashCode(): Int = name.hashCode() * 37 + age
}
複製代碼

是否是很是簡潔，固然仍是上面說的，初次接觸會以爲這個東西對代碼可讀性不太友好，使用熟悉之後就寫起來很是舒服了。

寫在最後

相對於Java，kotlin中對類型系統中的可空性作了改進，並經過上面一系列的特性和運算符儘量減小NPE問題的出現，幫我咱們寫出安全的代碼，同時也不失其簡潔性。

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