Kotlin 知識梳理(7) - Kotlin 的類型系統

Kotlin 知識梳理系列文章

一、本文概要

本文是對<<Kotlin in Action>>的學習筆記，如果需要運行相應的代碼可以訪問在線環境 try.kotlinlang.org，這部分的思維導圖為：

二、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做了區分：

基本數據類型，例如int的變量直接存儲了它的值，我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，數字類型會盡可能地使用最高效的方式來表示，大多數情況下，對于變量、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。唯一不可行的例外是泛型類，例如集合，用作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如下：

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類型在底層可以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，因為它們不能持有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，因為null只能被存儲在Java的引用類型的變量中。任何時候，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，并且不能比較兩個可空基本數據類型的大小，因為它們之中任何一個都可能為null。

除此之外，泛型類是包裝類型應用的另一種情況，如果你 用基本數據類型作為泛型類的類型參數，那么 Kotlin 會使用該類型的包裝形式，例如下面這段代碼，就會創建一個Integer包裝類的列表，盡管你從來沒有指定過可空類型或者用過null值：

val listOfInts = listOf(1, 2, 3)

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作為類型參數，所以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一種，即便是轉換成范圍更大的類型，我們必須 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不僅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之外，還支持下面這些在代碼中書簽數字字面值的方式：

使用后綴L表示Long：123L
使用標準浮點數表示Double：0.12、1.2e10和1.2e-10。
使用后綴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，又或是把字面值作為實參傳給函數時，必要的轉換會自動地發生。

此外，算術運算符也被重載了，它們可以接收所有適當的數字類型。

2.4 根類型：Any 和 Any?

Any類型是Kotlin所有非空類型的超類型，包括像Int這樣的基本數據類型，和Java一樣，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，如果你需要可以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類型看作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。

所有的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），但是可以通過手動把值轉換成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一樣的功能，當函數沒有有意思的結果要返回時，它可以用作函數的返回類型：

fun f() : Unit { .. }

Unit是一個完備的類型，可以作為類型參數，而void卻不行。只存在一個值是Unit類型，這個值也叫做Unit，并且（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非常有用，只需要讓方法返回Unit類型的值：

運行結果為：

2.6 這個函數永不返回：Nothing

對于某些Kotlin函數來說，“返回類型”的概念沒有任何意義，因為它們從來不會成功地結束，Kotlin使用一種特殊的返回類型Nothing來表示：

運行結果為：

Nothing類型沒有任何值，只有被當作函數返回值使用，或者被當作泛型函數返回值的類型參數使用才會有意義，在其它情況下，聲明一個不能存儲任何值的變量沒有任何意義。

返回Nothing的函數可以放在Elvis運算符的右邊來做先決條件檢查：

運行結果為：

三、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，我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，其實集合也可以持有null元素，和變量可以持有null一樣，類型在被當作類型參數時也可以用同樣的方式來標記。

下面我們創建一個包含可空值的集合，之后遍歷該集合，打印出有效的數字之和以及為null的集合元素個數：

運行結果為：

3.2 只讀集合與可變集合

Kotlin的集合設計與Java不同的另一項重要特質是：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，可以遍歷集合中的元素、獲取集合大小、判斷集合中是否包含某個元素，執行其他從該集合中讀取數據的操作。
kotlin.collections.MutableCollection：修改集合中的數據。

一般的原則是：在代碼的任何地方都應該使用只讀接口，只在代碼需要修改集合的地方使用可變接口的變體。

下面的例子演示了如何使用只讀集合和可變集合：

運行結果為：

3.3 Kotlin 集合和 Java

每一個Kotlin接口都是其對應Java集合接口的一個實例，在Kotlin和Java之間轉移并不需要轉換；不需要包裝器也不需要拷貝數據。

每一種Java集合接口在Kotlin中都有兩種表示：一種是只讀的，另一種是可變的。在下圖當中，可以看出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少了所有產生改變的方法。

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，這樣既得到了兼容性，也得到了可變接口和只讀接口之間清晰的分離。

除了集合之外，Kotlin中Map類也被表示成了兩種不同的版本：Map和MutableMap。我們之前見到的listOf/setOf/mapOf所返回的都是只讀版本。

當你有一個使用java.util.Collection做形參的Java方法，可以把任意Collection或MutableCollection的值作為實參傳遞給這個形參。Java并不會區分只讀集合和可變集合，也就是說即使Kotlin中把集合聲明成只讀的，Java代碼也可以修改這個集合，例如下面的代碼，雖然我們將printInUppercase接收的list參數聲明為只讀的，但是仍然可以通過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())
}

3.4 作為平臺類型的集合

前面我們介紹過，Kotlin把那些定義在Java代碼中的類型看成 平臺類型，Kotlin沒有任何關于平臺類型的可空性信息，所以編譯器允許Kotlin代碼將其視為可空或者非空，同樣，Java中聲明的集合類型的變量也被視為平臺類型。

當我們需要重寫或者實現簽名中有集合類型的Java方法時，這些差異才變得重要，我們需要決定使用哪一種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：

集合是否為空？
集合中的元素是否為空？
你的方法會不會修改集合？

例如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);
}

我們的選擇為：

List<String>將是非空的，因為調用者總是需要接收錯誤信息。
列表中的元素將是可空的，因為不是每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，因為實現代碼需要向其中添加元素。

那么Kotlin的實現如下：

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

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，其元素類型被指定為相應的類型參數，要在Kotlin中創建數組，有下面這些方法供你選擇：

arrayOf函數創建一個數組，它包含的元素是指定為該函數的實參
arrayOfNulls創建一個給定大小的數組，包含的是null元素，當然，它只能用來創建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表達式來創建每一個數組元素，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個元素的方式

運行結果為：

創建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，因此，如果你聲明了一個Array<Int>，它將會是一個包含裝箱整型的數組，如果你需要創建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類型值的數組叫作IntArray，要創建一個基本數據類型的數組，有如下的選擇：

該類型的構造方法接收size參數并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，以及其他數組類型的函數）接收變長參數的值并創建和存儲這些值的數組。
另一種構造方法，接收一個大小和一個用來初始化每個元素的lambda。

運行結果為：

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Kotlin 知識梳理(7) - Kotlin 的類型系統

Kotlin 知識梳理(7) - Kotlin 的類型系統

Kotlin 知識梳理系列文章

一、本文概要

二、基本數據類型和其它基本類型

2.1 基本類型：Int、Boolean 及其它

2.2 可空的基本數據類型：Int?、Boolean? 及其它

2.3 數字轉換

基本數據類型字面值

2.4 根類型：Any 和 Any?

2.5 Unit 類型：Kotlin 的 void

2.6 這個函數永不返回：Nothing

三、集合和數組

3.1 可空性和集合

3.2 只讀集合與可變集合

3.3 Kotlin 集合和 Java

3.4 作為平臺類型的集合

3.5 對象和基本數據類型的數組

創建沒有裝箱的基本數據類型的數組

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2.2 可空的基本數據類型：Int?、Boolean? 及其它

2.3 數字轉換

基本數據類型字面值

2.4 根類型：Any 和 Any?

2.5 Unit 類型：Kotlin 的 void

2.6 這個函數永不返回：Nothing

三、集合和數組

3.1 可空性和集合

3.2 只讀集合與可變集合

3.3 Kotlin 集合和 Java

3.4 作為平臺類型的集合

3.5 對象和基本數據類型的數組

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