Kotlin擴(kuò)展函數(shù)及實(shí)現(xiàn)機(jī)制的深入探索
前言
2017年Google IO大會(huì)宣布使用Kotlin作為Android的官方開發(fā)語言，相比較與典型的面相對(duì)象的JAVA語言，Kotlin作為一種新式的函數(shù)式編程語言，也有人稱之為Android平臺(tái)的Swift語言。
先讓我們看下實(shí)現(xiàn)同樣的功能，Java和Kotiln的對(duì)比：
// JAVA，20多行代碼，充斥著findViewById，類型轉(zhuǎn)換，匿名內(nèi)部類這樣的無意義代碼
public class MainJavaActivity extends Activity {
@Override
public void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
TextView label = (TextView) findViewById(R.id.label);
Button btn = (Button) findViewById(R.id.btn);
label.setText("hello");
label.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
Log.d("Glen","onClick TextView");
}
});
btn.setOnClickListener(new View.OnClickListener(){
@Override
public void onClick(View v) {
Log.d("Glen","onClick Button");
}
});
}
}
再來看Kotlin
// Kotlin,沒有了冗余的findViewById，我們可以直接對(duì)資源id進(jìn)行操作，也不需要匿名內(nèi)部類的聲明，更關(guān)注函數(shù)的實(shí)現(xiàn)本身，拋棄了復(fù)雜的格式
class MainKotlinActivity:Activity() {
override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
super.onCreate(savedInstanceState)
setContentView(R.layout.activity_main)
R.id.label.setText("hello")
R.id.label.onClick { Log.d("Glen","onClick TextView") }
R.id.btn.onClick { Log.d("Glen","onClick Button") }
}
}
實(shí)現(xiàn)這些需要借助Kotlin的擴(kuò)展函數(shù)與高階函數(shù)，本文主要介紹一下擴(kuò)展函數(shù)。
什么是擴(kuò)展函數(shù)？
擴(kuò)展函數(shù)數(shù)是指在一個(gè)類上增加一種新的行為，甚至我們沒有這個(gè)類代碼的訪問權(quán)限。這是一個(gè)在缺少有用函數(shù)的類上擴(kuò)展的方法，Kotlin能夠?yàn)槲覀冏龅侥切┝钊岁P(guān)注的事情，而這些Java做不到。
在Java中，通常會(huì)實(shí)現(xiàn)很多帶有static方法的工具類，而Kotlin中擴(kuò)展函數(shù)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是我們不需要在調(diào)用方法的時(shí)候把整個(gè)對(duì)象當(dāng)作參數(shù)傳入，它表現(xiàn)得就像是屬于這個(gè)類的一樣，而且我們可以使用this關(guān)鍵字和調(diào)用所有public方法。
1. Kotlin 擴(kuò)展函數(shù)與擴(kuò)展屬性(Kotlin Extensions)
Kotlin 能夠擴(kuò)展一個(gè)類的新功能而無需繼承該類，或者對(duì)任意的類使用像“裝飾者(Decorator)”這樣的設(shè)計(jì)模式。這些都是通過叫做“擴(kuò)展(extensions)”的特殊聲明實(shí)現(xiàn)的。Kotlin擴(kuò)展聲明既支持?jǐn)U展函數(shù)也支持?jǐn)U展屬性，本文主要討論擴(kuò)展函數(shù)，至于擴(kuò)展屬性實(shí)現(xiàn)的機(jī)制類似。
擴(kuò)展函數(shù)的聲明非常簡(jiǎn)單，他的關(guān)鍵字是.，此外我們需要一個(gè)“接受者類型(recievier type)”來作為他的前綴。以類MutableList<Int>為例，現(xiàn)在為它擴(kuò)展一個(gè)swap方法，如下：
fun MutableList<Int>.swap(index1:Int,index2:Int) {
val tmp = this[index1]
this[index1] = this[index2]
this[index2] = tmp
}
MutableList<T>是kotlin提供的基礎(chǔ)庫(kù)collection中的List容器類，這里在聲明里作為“接受者類型”，.作為聲明關(guān)鍵字，swap是擴(kuò)展函數(shù)名，其余和Kotlin聲明一個(gè)普通函數(shù)并無區(qū)別。
額外提一句，Kotlin的this語法要比JAVA更靈活，這里擴(kuò)展函數(shù)體里的this代表的是接受者類型對(duì)象。
如果我們想要調(diào)用這個(gè)擴(kuò)展函數(shù)，可以這樣：
fun use(){
val list = mutableListOf(1,2,3)
list.swap(1,2)
}
2. Kotlin擴(kuò)展函數(shù)是怎么實(shí)現(xiàn)的
擴(kuò)展函數(shù)的調(diào)用看起來就像是原生方法一樣自然，使用起來也非常順手，但是這樣的方法會(huì)不會(huì)帶來性能方面的掣肘呢？有必要探究一下Kotlin是如何實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展函數(shù)的，直接分析Kotlin源碼難度還是挺大，還好Android Studio提供了一些工具，我們可以通過Kotlin ByteCode指令，查看Kotlin語言轉(zhuǎn)換的字節(jié)碼文件，仍以MutableList<Int>,swap為例，轉(zhuǎn)換為字節(jié)碼之后的文件如下：
// ================com/example/glensun/demo/extension/MutableListDemoKt.class =================
// class version 50.0 (50)
// access flags 0x31
public final class com/example/glensun/demo/extension/MutableListDemoKt {
// access flags 0x19
// signature (Ljava/util/List<Ljava/lang/Integer;>;II)V
// declaration: void swap(java.util.List<java.lang.Integer>, int, int)
public final static swap(Ljava/util/List;II)V
@Lorg/jetbrains/annotations/NotNull;() // invisible, parameter 0
L0
ALOAD 0
LDC "$receiver"
INVOKESTATIC kotlin/jvm/internal/Intrinsics.checkParameterIsNotNull (Ljava/lang/Object;Ljava/lang/String;)V
L1
LINENUMBER 8 L1
ALOAD 0
ILOAD 1
INVOKEINTERFACE java/util/List.get (I)Ljava/lang/Object;
CHECKCAST java/lang/Number
INVOKEVIRTUAL java/lang/Number.intValue ()I
ISTORE 3
L2
LINENUMBER 9 L2
ALOAD 0
ILOAD 1
ALOAD 0
ILOAD 2
INVOKEINTERFACE java/util/List.get (I)Ljava/lang/Object;
INVOKEINTERFACE java/util/List.set (ILjava/lang/Object;)Ljava/lang/Object;
POP
L3
LINENUMBER 10 L3
ALOAD 0
ILOAD 2
ILOAD 3
INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf (I)Ljava/lang/Integer;
INVOKEINTERFACE java/util/List.set (ILjava/lang/Object;)Ljava/lang/Object;
POP
L4
LINENUMBER 11 L4
RETURN
L5
LOCALVARIABLE tmp I L2 L5 3
LOCALVARIABLE $receiver Ljava/util/List; L0 L5 0
LOCALVARIABLE index1 I L0 L5 1
LOCALVARIABLE index2 I L0 L5 2
MAXSTACK = 4
MAXLOCALS = 4
@Lkotlin/Metadata;(mv={1, 1, 7}, bv={1, 0, 2}, k=2, d1={"\u0000\u0012\n\u0000\n\u0002\u0010\u0002\n\u0002\u0010!\n\u0002\u0010\u0008\n\u0002\u0008\u0003\u001a \u0010\u0000\u001a\u00020\u0001*\u0008\u0012\u0004\u0012\u00020\u00030\u00022\u0006\u0010\u0004\u001a\u00020\u00032\u0006\u0010\u0005\u001a\u00020\u0003\u00a8\u0006\u0006"}, d2={"swap", "", "", "", "index1", "index2", "production sources for module app"})
// compiled from: MutableListDemo.kt
}
// ================META-INF/production sources for module app.kotlin_module =================
這里的字節(jié)碼已經(jīng)相當(dāng)直觀，更令人驚喜的是Android Studio還具備將字節(jié)碼轉(zhuǎn)為JAVA文件的能力，點(diǎn)擊上面的Decompile按鈕，可以得到如下JAVA代碼：
import java.util.List;
import kotlin.Metadata;
import kotlin.jvm.internal.Intrinsics;
import org.jetbrains.annotations.NotNull;
@Metadata(
mv = {1, 1, 7},
bv = {1, 0, 2},
k = 2,
d1 = {"\u0000\u0012\n\u0000\n\u0002\u0010\u0002\n\u0002\u0010!\n\u0002\u0010\b\n\u0002\b\u0003\u001a \u0010\u0000\u001a\u00020\u0001*\b\u0012\u0004\u0012\u00020\u00030\u00022\u0006\u0010\u0004\u001a\u00020\u00032\u0006\u0010\u0005\u001a\u00020\u0003¨\u0006\u0006"},
d2 = {"swap", "", "", "", "index1", "index2", "production sources for module app"}
)
public final class MutableListDemoKt {
public static final void swap(@NotNull List $receiver, int index1, int index2) {
Intrinsics.checkParameterIsNotNull($receiver, "$receiver");
int tmp = ((Number)$receiver.get(index1)).intValue();
$receiver.set(index1, $receiver.get(index2));
$receiver.set(index2, Integer.valueOf(tmp));
}
}
從得到的JAVA文件分析，擴(kuò)展函數(shù)的實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單，它沒有修改接受者類型的成員，僅僅是通過靜態(tài)方法來實(shí)現(xiàn)的。這樣，我們雖然不必?fù)?dān)心擴(kuò)展函數(shù)會(huì)帶來額外的性能消耗，但是它也不會(huì)帶來性能上的優(yōu)化。
3.更復(fù)雜的情況
下面來討論一些更特殊的情況。
3.1 當(dāng)發(fā)生繼承時(shí)，擴(kuò)展函數(shù)由于本質(zhì)上是靜態(tài)方法，它會(huì)嚴(yán)格按照參數(shù)類型去執(zhí)行調(diào)用，而不會(huì)去優(yōu)先執(zhí)行或者主動(dòng)執(zhí)行父類的方法，如下的例子所示：
open class A
class B:A()
fun A.foo() = "a"
fun B.foo() = "b"
fun printFoo(a:A){
println(a.foo())
}
println(B())
上述例子的輸出結(jié)果是a，因?yàn)閿U(kuò)展函數(shù)的入?yún)㈩愋褪茿，他將會(huì)嚴(yán)格按照入?yún)㈩愋蛨?zhí)行函數(shù)調(diào)用。
3.2 如果擴(kuò)展函數(shù)和現(xiàn)有的類成員發(fā)生沖突，kotlin將會(huì)默認(rèn)使用類成員，這一步選擇是在編譯期處理的，生成的字節(jié)碼是將會(huì)是調(diào)用類成員的方法，如下例子：
class C{
fun foo() {println("Member")}
}
fun C.foo() {println("Extension")}
println(C().foo())
上述的例子將會(huì)輸出Member。Kotlin不允許擴(kuò)展一個(gè)已有的成員，原因也很好理解，我們不希望擴(kuò)展函數(shù)成為調(diào)用三方sdk的漏洞，不過如果你試圖使用重載的方式創(chuàng)建擴(kuò)展函數(shù)，這樣是可行的。
3.3 Kotlin嚴(yán)格區(qū)分了可能為空和不為空的入?yún)㈩愋?，同樣也?yīng)用在擴(kuò)展函數(shù)的中，為了聲明一個(gè)可能為空的接受者類型，可以參考如下例子：
fun <T> MutableList<T>?.swap(index1:Int,index2:Int){
if(this == null){
println(null)
return
}
val tmp = this[index1]
this[index1] = this[index2]
this[index2] = tmp
}
3.4 我們有時(shí)候還希望能夠添加類似JAVA的“靜態(tài)函數(shù)”的擴(kuò)展函數(shù)，這時(shí)需要借助“伴隨對(duì)象(Companion Object)”來實(shí)現(xiàn)，如下這個(gè)例子：
class D{
companion object{
val m = 1
}
}
fun D.Companion.foo(){
println("$m in extension")
}
D.foo()
上面的例子會(huì)輸出1 in extension，注意這里調(diào)用foo這個(gè)擴(kuò)展函數(shù)時(shí)，并不需要類D的實(shí)例，類似于JAVA的靜態(tài)方法。
3.5 如果留意前面的例子，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)kotlin的this語法和JAVA不同，使用范圍更靈活，僅以擴(kuò)展函數(shù)為例，當(dāng)在擴(kuò)展函數(shù)里調(diào)用this時(shí)，指代的是接受者類型的實(shí)例，那么如果這個(gè)擴(kuò)展函數(shù)聲明在一個(gè)類內(nèi)部，我們?nèi)绾瓮ㄟ^this獲取到類的實(shí)例呢？可以參考下面的例子：
class E{
fun foo(){
println("foo in Class E")
}
}
class F{
fun foo(){
println("foo in Class F")
}
fun E.foo2(){
this.foo()
this@F.foo()
}
}
E().foo2()
這里使用了kotlin的this指定語法，關(guān)鍵字是@,后接指定的類型，上述例子的輸出結(jié)果是
foo in Class E foo in Class F
4. 擴(kuò)展函數(shù)的作用域
一般來說，我們習(xí)慣將擴(kuò)展函數(shù)直接定義在包內(nèi)，例如：
package com.example.extension
fun MutableList<Int>.swap(index1:Int,index2:Int) {
val tmp = this[index1]
this[index1] = this[index2]
this[index2] = tmp
}
這樣，在同一個(gè)包內(nèi)可以直接調(diào)用改擴(kuò)展函數(shù)，如果我們需要跨包調(diào)用擴(kuò)展函數(shù)，我們需要通過import來指明，以上述的例子為例，可以通過import com.example.extension.swap來指定這個(gè)擴(kuò)展函數(shù)，也可以通過import com.example.extension.*表示引入該包內(nèi)的所有擴(kuò)展函數(shù)。得益于Android Studio具備的自動(dòng)聯(lián)想能力，通常不需要我們主動(dòng)輸入import指令。
有時(shí)候，我們也會(huì)把擴(kuò)展函數(shù)定義在類的內(nèi)部，例如：
class G {
fun Int.foo(){
println("foo in Class G")
}
}
這里的Int.foo()是一個(gè)定義在類G內(nèi)部的擴(kuò)展函數(shù)，在這個(gè)擴(kuò)展函數(shù)里，我們直接使用Int類型作為接受者類型，因?yàn)槲覀儗U(kuò)展函數(shù)定義在了類的內(nèi)部，即使我們?cè)O(shè)置訪問權(quán)限為public，它也只能在該類或者該類的子類中被訪問，如果我們?cè)O(shè)置訪問權(quán)限為private，那么在子類中也不能訪問這個(gè)擴(kuò)展函數(shù)。
5. 擴(kuò)展函數(shù)的實(shí)際應(yīng)用
5.1 Utils工具類
在JAVA中，我們習(xí)慣將工具類命名成*Utils，例如FileUtils,StringUtils等等，著名的java.util.Collections也是這么實(shí)現(xiàn)的。調(diào)用這些方法的時(shí)候，總覺得這些類名礙手礙腳的，例如這樣：
// Java Collections.swap(list, Collections.binarySearch(list, Collections.max(otherList)), Collections.max(list)); Collections.max(list));
通過靜態(tài)引用，能讓情況看起來好一點(diǎn)，例如這樣：
// Java swap(list, binarySearch(list, max(otherList)), max(list));
但是這樣既沒有IDE的自動(dòng)聯(lián)想提示，方法調(diào)用的主體也顯得不明確。如果能做成下面這樣就好了：
// Java list.swap(list.binarySearch(otherList.max()), list.max());
但是list是JAVA默認(rèn)的基礎(chǔ)類，在JAVA語言里，如果不使用繼承，肯定是沒法做到這樣的，而在Kotlin中就可以借助擴(kuò)展函數(shù)來實(shí)現(xiàn)啦。
5.2 Android View 膠水代碼
回到最開始的例子，對(duì)于Android開發(fā)來說，對(duì)findViewById()這個(gè)方法一定不會(huì)陌生，為了獲取一個(gè)View對(duì)象，我們總得先調(diào)用findViewById()然后再執(zhí)行類型轉(zhuǎn)換，這樣無意義的膠水代碼讓Activity或者Fragment顯得臃腫無比，例如：
// JAVA
public class MainJavaActivity extends Activity {
@Override
public void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
TextView label = (TextView) findViewById(R.id.label);
Button btn = (Button) findViewById(R.id.btn);
label.setText("hello");
label.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
Log.d("Glen","onClick TextView");
}
});
btn.setOnClickListener(new View.OnClickListener(){
@Override
public void onClick(View v) {
Log.d("Glen","onClick Button");
}
});
}
}
我們考慮利用擴(kuò)展函數(shù)結(jié)合泛型，避免頻繁的類型轉(zhuǎn)換，擴(kuò)展函數(shù)定義如下：
//kotlin
fun <T : View> Activity.find(@IdRes id: Int): T {
return findViewById(id) as T
}
調(diào)用的時(shí)候，如下：
// Kotlin ... TextView label = find(R.id.label); Button btn = find(R.id.btn); ...
只是我們還是需要獲取到label,btn，這樣無意義的中間變量，如果在Int類上擴(kuò)展，可以直接對(duì)R.id.*操作，這樣更直接，再結(jié)合高階函數(shù)，函數(shù)定義如下：
//Kotlin
fun Int.setText(str:String){
val label = find<TextView>(this).apply {
text = str
}
}
fun Int.onClick(click: ()->Unit){
val tmp = find<View>(this).apply {
setOnClickListener{
click()
}
}
}
我們就可以這樣調(diào)用：
//Kotlin
R.id.label.setText("hello")
R.id.label.onClick { Log.d("Glen","onClick TextView") }
R.id.btn.onClick { Log.d("Glen","onClick Button") }
通常這些擴(kuò)展函數(shù)可以放到基類中，根據(jù)擴(kuò)展函數(shù)的作用域知識(shí)，我們可以在所有子類中都調(diào)用到這些方法，所以kotlin的Activity可以寫成：
// Kotlin
class MainKotlinActivity:KotlinBaseActivity() {
override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
super.onCreate(savedInstanceState)
setContentView(R.layout.activity_main)
R.id.label.setText("hello")
R.id.label.onClick { Log.d("Glen","onClick TextView") }
R.id.btn.onClick { Log.d("Glen","onClick Button") }
}
}
從原來JAVA冗余的20多行代碼，精簡(jiǎn)到只需要3行代碼，而且代碼可讀性更高，更加直觀，這便是函數(shù)式編程語言Kotlin的強(qiáng)大威力。
總結(jié)
以上就是這篇文章的全部?jī)?nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對(duì)腳本之家的支持。
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