2019年3月18日

Kotlin 類別、物件、介面

以下說明這些功能:類別、介面,關鍵字 object,data classes 及 class delegation。

不同於 java,kotlin 宣告預設為 public final,nested class 不是 inner class,沒有外層 class 的 implicit reference。將 class 宣告為 data class時,compiler 會自動產生幾個 methods。

定義 class 時使用關鍵字 keyword,同時會產生一個 instance,這可用在 singleton object, companion objects 以及 oject expressions (類似 Java anonymous classes)

class hierarchy

interface

用 interface 定義介面,用 : 表示實作 interface

override 類似 java 的 @Override annotation,Button 裡面的 override 是一定要寫的,否則程式將無法編譯

interface Clickable {
    // 只定義了 function,沒有實作
    fun click()
}
class Button : Clickable {
    override fun click() = println("I was clicked")
}

fun main(args: Array<String>) {
    Button().click()
}

有兩個以上的 interface 的範例

class Button : Clickable, Focusable {
    override fun click() = println("I was clicked")

    // 因 Clickable, Focusable 都有實作 showOff,必須要用 super<Clickable> 指定是用哪一個上層實作
    // 如果只要使用一種上層實作,可寫成這樣
    // override fun showOff() = super<Clickable>.showOff()
    override fun showOff() {
        super<Clickable>.showOff()
        super<Focusable>.showOff()
    }
}

interface Clickable {
    fun click()
    // 定義 function,並提供預設的實作
    fun showOff() = println("I'm clickable!")
}

interface Focusable {
    fun setFocus(b: Boolean) =
        println("I ${if (b) "got" else "lost"} focus.")

    fun showOff() = println("I'm focusable!")
}

fun main(args: Array<String>) {
    val button = Button()
    button.showOff()
    // Focusable 有提供 setFocus,故 Button 可使用這個 function
    button.setFocus(true)
    button.click()
}

執行結果

I'm clickable!
I'm focusable!
I got focus.
I was clicked
final by default

為了避免發生 fragile base class 問題,kotlin 預設將 class, method 都加上 final 的特性,如果要讓其他類別繼承的
class 或覆寫的 method,都必須要加上 open 這個 modifier。

interface Clickable {
    fun click()
    fun showOff() = println("I'm clickable!")
}

// 可被繼承
open class RichButton : Clickable {

    // 不可被覆寫
    fun disable() {}

    // 可被覆寫
    open fun animate() {}

    // 覆寫 click,且可被覆寫
    override fun click() {}
    
    // 如果要限制 click 不能被覆寫,要加上 final
    // final override fun click() {}
}
class modifier corresponding member comments
final can't be overridden default for class members
open can be overridden 要特別指定
abstract must be overridden 只能用在 abstract classes, abstract members 不能有實作內容
override overrides a member in a superclass 預設為 open,如要限制不能被覆寫,要加上 final

visibility modifiers 有 public, protected, private, internal 四種,預設為 public,其中 internal 表示為 "visible inside a module"

visibility modifiers class member top-level declaration
public(default) visible everywhere visible everywhere
internal visible in a module visible in a module
protected visible in subclasses --
private visible in a clsss visible in a file

protected member 只能被 class 及 subclass 使用,跟 java 的 protected,可在同一個 package 使用的定義不同

class 的 extension function 無法使用 private or protected members

interface Focusable {
    fun setFocus(b: Boolean) =
        println("I ${if (b) "got" else "lost"} focus.")

    fun showOff() = println("I'm focusable!")
}

internal open class TalkativeButton : Focusable {
    private fun yell() = println("Hey!")
    protected fun whisper() = println("Let's talk!")
}

// error: 'public' member exposes its 'internal' receiver type TalkativeButton
fun TalkativeButton.giveSpeech() {
    // error: cannot access 'yell': it is private in 'TalkativeButton'
    yell()
    // error: cannot access 'whisper': it is protected in 'TalkativeButton'
    whisper()
}
nested class, inner class

kotlin 也可在 class 裡面定義另一個 class,跟 java 的差異是 kotlin nested class 不能使用 outer class instance

首先製作兩個 interface,注意 State 為 Serializable

interface State: Serializable

interface View {
    fun getCurrentState(): State
    fun restoreState(state: State) {}
}

如果以 java 實作 ButtonState 這個 inner class,會遇到 java.io.NotSerializableException: Button,這是因為 ButtonState 裡面儲存了 outer class: Button 的 implicit reference,無法被序列化,如要解決,要將 ButtonState 宣告為 static,去掉 implicit reference to Button。

/* Java */
public class Button implements View {
    @Override
    public State getCurrentState() {
        return new ButtonState();
    }

    @Override
    public void restoreState(State state) { /*...*/ }
    
    public class ButtonState implements State { /*...*/ }
}

以 kotlin 實作 ButtonState,就像是 java 的 static nested class 一樣。

class Button : View {
    override fun getCurrentState(): State = ButtonState()

    override fun restoreState(state: State) { /*...*/ }

    class ButtonState : State { /*...*/ }
}

kotlin 的 nested class 不會參考到 outer class 的 reference,但 inner class 可以

Class A declared within another Class B in Java in Kotlin
nested class (不會儲存 outer class 的 reference) static class A class A
inner class (會儲存 outer class 的 reference) class A inner class A

可用 this@Outer 參考到 Outer class 的 reference

class Outer {
    inner class Inner {
        fun getOuterReference(): Outer = this@Outer
    }
}
sealed class

Expr 介面有兩個實作的 class: Num, Sum,在 eval 中,要注意 else 的部分,compiler 會檢查有沒有預設的條件,在這邊預設不能回傳任何數值,故直接 throw exception

interface Expr
class Num(val value: Int) : Expr
class Sum(val left: Expr, val right: Expr) : Expr

fun eval(e: Expr): Int =
    when (e) {
        is Num -> e.value
        is Sum -> eval(e.right) + eval(e.left)
        else ->
            throw IllegalArgumentException("Unknown expression")
    }

fun main(args: Array<String>) {
    println(eval(Sum(Sum(Num(1), Num(2)), Num(4))))
}

kotlin 提供 sealed class 處理這種問題

因 Expr 限制為 sealed class,故無法被任意產生 subclass,所有 subclass 只能寫成 nested class,而在 eval 裡面,就不需要寫 else 的條件,因為系統內不可能會有其他 Expr 的 subclasses (compiler 的檢查及限制)

sealed class Expr {
    class Num(val value: Int) : Expr()
    class Sum(val left: Expr, val right: Expr) : Expr()
}

fun eval(e: Expr): Int =
    when (e) {
        is Expr.Num -> e.value
        is Expr.Sum -> eval(e.right) + eval(e.left)
    }

fun main(args: Array<String>) {
    println(eval(Expr.Sum(Expr.Sum(Expr.Num(1), Expr.Num(2)), Expr.Num(4))))
}

使用 nontrivial constructor 及 properties

kotlin 也可以實作多個 constructor,可在 initializer blocks 增加 initilization logic

primary constructor 及 initializer blocks

constructor, init 這兩個關鍵字,用 _nickname 取代 java 習慣的 this.nickname = nickname 這樣的寫法

// 單一參數的 primary constructor
class User constructor(_nickname: String) {
    val nickname: String
    
    // initializer block
    init {
        nickname = _nickname
    }
}

可省略 contructor, init 的語法

class User(_nickname: String) {
    val nickname = _nickname
}

再進一步省略 {} 的部分

class User(val nickname: String)

在 contructor 的參數,可給予預設值,使用時,就可彈性使用一或兩個參數的 constructor

class User(val nickname: String,
           val isSubscribed: Boolean = true)

fun main(args: Array<String>) {
    val alice = User("Alice")
    println(alice.isSubscribed)
    val bob = User("Bob", false)
    println(bob.isSubscribed)
    val carol = User("Carol", isSubscribed = false)
    println(carol.isSubscribed)
}

如果 super class 的 constructor 需要參數,要在 subclass 定義裡面提供該參數初始化 super class

open class User(val nickname: String) { ... }
class TwitterUser(nickname: String) : User(nickname) { ... }

預設會產生一個沒有參數的 contructor

open class Button

class RadioButton: Button()

可讓 contructor 變成 private method

class Secretive private constructor() {}

class Secretive {
    private constructor()
}
secondary constructor
open class View {
    constructor(ctx: Context) {
        // some code
    }

    // secondary constructor
    constructor(ctx: Context, attr: AttributeSet) {
        // some code
    }
}

// subclass 必須同時提供兩個 constructor
class MyButton : View {
    constructor(ctx:Context) : super(ctx) {
        // ...
    }
    constructor(ctx: Context, attr: AttributeSet) : super(ctx, attr) {
        // ...
    }
}

可以用 this() 呼叫其他 constructor

class MyButton : View {
    constructor(ctx: Context): this(ctx, MY_STYLE) {
        // ...
    }
    constructor(ctx: Context, attr: AttributeSet):super(ctx, attr) {
        // ...
    }
}
實作 interfaces 中宣告的 properties

interface User 中定義需要有 nickname 這個 property,PrivateUser、SubscribingUser、FacebookUser 分別用三種方式,提供 nickname

interface User {
    val nickname: String
}

// primary constructor property
class PrivateUser(override val nickname: String) : User

// custom getter
class SubscribingUser(val email: String) : User {
    override val nickname: String
        get() = email.substringBefore('@')
}

// property initializer
fun getFacebookName(accountId: Int) = "fb:$accountId"
class FacebookUser(val accountId: Int) : User {
    override val nickname = getFacebookName(accountId)
}

fun main(args: Array<String>) {
    println(PrivateUser("test@kotlinlang.org").nickname)
    println(SubscribingUser("test@kotlinlang.org").nickname)
}

interface 可讓 property 有 getter setter 實作

interface User {
    val email: String
    val nickname: String
        get() = email.substringBefore('@')
}
由 getter/setter 使用 backing field

field 可在 getter/setter 中取得該 backing field property 的 value,在 setter 裡面,可修改 field 的 value

class User(val name: String) {
    var address: String = "unspecified"
        set(value: String) {
            println("""
                Address was changed for $name:
                "$field" -> "$value".""".trimIndent())
            field = value
        }
}

fun main(args: Array<String>) {
    val user = User("Alice")
    user.address = "Elsenheimerstrasse 47, 80687 Muenchen"
}
修改 accessor visibility

counter 的 set 改成 private method,因此,不能在 class 以外的地方,修改 counter 的數值

class LengthCounter {
    var counter: Int = 0
        private set

    fun addWord(word: String) {
        counter += word.length
    }
}

fun main(args: Array<String>) {
    val lengthCounter = LengthCounter()
    lengthCounter.addWord("Hi!")
    println(lengthCounter.counter)
}

compiler 產生的 methods: data classes 及 class delegation

java 在每一個 class 都有 equals(), hashCode(), toString() 這些 method,kotlin 在 compiler 中自己產生這些 method

universal object methods
  • toString()

override toString() method

class Client(val name: String, val postalCode: Int) {
    override fun toString() = "Client(name=$name, postalCode=$postalCode)"
}

fun main(args: Array<String>) {
    val client1 = Client("Alice", 342562)
    println(client1)
}
  • equals()

沒有調整 equals() 時,兩個物件的比較結果是相異的

class Client(val name: String, val postalCode: Int)

fun main(args: Array<String>) {
    val client1 = Client("Alice", 342562)
    val client2 = Client("Alice", 342562)
    println(client1 == client2)
}

覆寫 equals(),Any? 其中 Any 代表 java.lang.Object ,這也是 Kotlin 所有 classes 的 super class,? 代表 other 可以是 null

hashCode 必須要跟著 equals 一同被覆寫,因為當兩個 object 相等時,hashCode 必須要一樣

class Client(val name: String, val postalCode: Int) {
    override fun equals(other: Any?): Boolean {
        // 先檢查 other 是不是 null, 是不是 Client
        if (other == null || other !is Client)
            return false
        // 檢查兩個欄位的數值是否相等
        return name == other.name &&
               postalCode == other.postalCode
    }
    override fun toString() = "Client(name=$name, postalCode=$postalCode)"
    
    override fun hashCode(): Int = name.hashCode() * 31 + postalCode
}

fun main(args: Array<String>) {
    val processed = hashSetOf(Client("Alice", 342562))
    println(processed.contains(Client("Alice", 342562)))
}
data classes: 自動產生 universal methods 的實作

在 class 前面加上 data 關鍵字,compiler 將會自動產生 universal methods: equals(), hashCode(), toString()

data class 並沒有限制只能使用 val property,也可以用 var,但建議還是盡量使用 val,讓 data class 成為 immutable object,所以 kotlin 在提供了一個 copy() 這個 universal method

如果自己實作 copy,會類似以下這樣的 code

class Client(val name: String, val postalCode: Int) {
    ...
    fun copy(name: String = this.name, postalCode: Int = this.postalCode) = Client(name, postalCode)
}

object instance 使用 copy,並修改其中一個欄位的值

>>> val bob = Client("Bob", 973293)
>>> println(bob.copy(postalCode = 382555))
Client(name=Bob, postalCode=382555)
class delegation: 使用 "by"

在物件導向程式中,會因為繼承 class,覆寫 method,讓某些程式跟父類別產生連動關係,當 base class 有異動時,就造成整個系統不穩定的狀況。

kotlin 預設讓 class 都是 final,無法被繼承的,這可確保經過設計,可以被繼承的 class 才有被繼承的功能,

相較於繼承,更常見的方式,是利用 Decorator Pattern,建立一個新的 class,實作跟舊的 class 一樣的所有 methods,再根據自己的需求,修改對應的 methods,就像是以下的範例。

class DelegatingCollection<T> : Collection<T> {
    private val innerList = arrayListOf<T>()
    
    override val size: Int get() = innerList.size
    override fun isEmpty(): Boolean = innerList.isEmpty()
    override fun contains(element: T): Boolean = innerList.contains(element)
    override fun iterator(): Iterator<T> = innerList.iterator()
    override fun containsAll(elements: Collection<T>): Boolean = innerList.containsAll(elements)
}

kotlin 提供另一種更有效的方式: class delegation 使用 "by",以下這樣的 code,compiler 會自動產生所有 delegation codes,只需要寫有需要修改覆寫的 method。

class DelegatingCollection<T>(
    innerList: Collection<T> = ArrayList<T>()
) : Collection<T> by innerList {
}
import java.util.HashSet

class CountingSet<T>(
        val innerSet: MutableCollection<T> = HashSet<T>()
) : MutableCollection<T> by innerSet {

    var objectsAdded = 0

    // 不使用預設的 delegation method,改寫 add
    override fun add(element: T): Boolean {
        objectsAdded++
        return innerSet.add(element)
    }

    override fun addAll(c: Collection<T>): Boolean {
        objectsAdded += c.size
        return innerSet.addAll(c)
    }
}

fun main(args: Array<String>) {
    val cset = CountingSet<Int>()
    cset.addAll(listOf(1, 1, 2))
    println("${cset.objectsAdded} objects were added, ${cset.size} remain")
}

關鍵字 object 的用途

  • Object declaration: 定義 singleton
  • Companion objects: 包含 factory method 以及所有不需要 instance 的 methods,透過 class name 使用這些 methods
  • Object expression: 取代 Java 的 anonymous inner class
singleton

object 可讓該 class 只會產生一個 instance,使用時必須要用 class name

object Payroll {
    val allEmployees = arrayListOf<Person>()
    fun calculateSalary() {
        for (person in allEmployees) {
            ...
        }
    }
}

Payroll.allEmployees.add(Person(...))
Payroll.calculateSalary()

以下是 CaseInsensitiveFileComparator 範例

import java.util.Comparator
import java.io.File

object CaseInsensitiveFileComparator : Comparator<File> {
    override fun compare(file1: File, file2: File): Int {
        return file1.path.compareTo(file2.path,
                ignoreCase = true)
    }
}

fun main(args: Array<String>) {
    println(CaseInsensitiveFileComparator.compare(
        File("/User"), File("/user")))
    
    val files = listOf(File("/Z"), File("/a"))
    println(files.sortedWith(CaseInsensitiveFileComparator))
}

也可以將 object 放在 class 裡面,以 Person.NameComparator 的方式使用

import java.util.Comparator

data class Person(val name: String) {
    object NameComparator : Comparator<Person> {
        override fun compare(p1: Person, p2: Person): Int =
            p1.name.compareTo(p2.name)
    }
}

fun main(args: Array<String>) {
    val persons = listOf(Person("Bob"), Person("Alice"))
    println(persons.sortedWith(Person.NameComparator))
}

如果要從 Java 使用 kotlin object,要透過 INSTANCE 這個 singleton object reference

/* Java */
CaseInsensitiveFileComparator.INSTANCE.compare(file1, file2);
companion objects: factory method and static members

java 的 keyword static,在 kotlin 沒有。

kotlin 提供 companion object,使用起來就像是java 的 static method 一樣

class A {
    companion object {
        fun bar() {
            println("Companion object called")
        }
    }
}

fun main(args: Array<String>) {
    A.bar()
}

通常會針對 FacebookUser, SubscribingUser 兩種 User,實作不同的 constructor

class User {
    val nickname: String
    constructor(email: String) {
        nickname = email.substringBefore('@')
    }

    constructor(facebookAccountId: Int) {
        nickname = getFacebookName(facebookAccountId)
    }
}

如果用 companion object 的做法,可在裡面實作 factory method,FacebookUser, SubscribingUser 兩種不同的 User 就用不同的 factory method 產生物件

fun getFacebookName(accountId: Int) = "fb:$accountId"

class User private constructor(val nickname: String) {
    companion object {
        fun newSubscribingUser(email: String) =
            User(email.substringBefore('@'))

        fun newFacebookUser(accountId: Int) =
            User(getFacebookName(accountId))
    }
}

fun main(args: Array<String>) {
    val subscribingUser = User.newSubscribingUser("bob@gmail.com")
    val facebookUser = User.newFacebookUser(4)
    println(subscribingUser.nickname)
}
把 companion object 當作 regular objects

companion object 就像是在 class 中宣告的一般類別,可命名,可實作 interface,可以有 extension function 或 properties

  • json serialization
class Person(val name: String) {
    companion object Loader {
        fun fromJSON(jsonText: String): Person = ...
    }
}

fun main(args: Array<String>) {
    val person = Person.Loader.fromJSON("{name: 'Dmitry'}")
    println(person.name)
    val person2 = Person.fromJSON("{name: 'Brent'}")
    println(person2.name)
}
  • implement interface
interface JSONFactory<T> {
    fun fromJSON(jsonText: String): T
}

class Person(val name: String) {
    companion object : JSONFactory<Person> {
        override fun fromJSON(jsonText: String): Person = ...
    }
}

在 java 如果要使用 companion object

/* Java */
Person.Companion.fromJSON("...");
  • companion object extensions
// business logic module
class Person(val firstName: String, val lastName: String) {
    // 產生空白的 companion object
    companion object {
    }
}
// client/server communication module
// 產生 extension function
fun Person.Companion.fromJSON(json: String): Person {
    ...
}

val p = Person.fromJSON(json)
  • anonymous inner class

在 java 使用 event listener,會用到 anonymous inner class

window.addMouseListener(
    object : MouseAdapter() {
        override fun mouseClicked(e: MouseEvent) {
            // ...
        }
        override fun mouseEntered(e: MouseEvent) {
            // ...
        }
    }
)

在 java 的 anonymous class 中,只能使用外部的 final variables。

在 kotlin 可以建立 local 變數,並在 object 裡面使用該變數

fun countClicks(window: Window) {
    // 宣告 local 變數
    var clickCount = 0
    window.addMouseListener(object : MouseAdapter() {
        override fun mouseClicked(e: MouseEvent) {
            // 更新變數的數值
            clickCount++
        }
    })
    // ...
}

References

Kotlin in Action

2019年3月11日

Kotlin 宣告與呼叫函數

以下說明這些功能:collections, strings 及 regular expressions 的相關函數。以命名的參數及預設值,定義參數。透過擴增的 functions 及 properties,使用 Java Libraries。以 top-level 及 local function 的方式重組程式碼。

建立 collections

kotlin 的 .javaClass 就等同 java 的 getClass()

//println(set.javaClass)
//class java.util.HashSet
val set = hashSetOf(1, 7, 53)

//println(list.javaClass)
//class java.util.ArrayList
val list = arrayListOf(1, 7, 53)

//println(map.javaClass)
//class java.util.HashMap
val map = hashMapOf(1 to "one", 7 to "seven", 53 to "fifty-three")

kotlin 沒有建立自己的 collection classes 而是沿用 java 的 collection classes

// last() 取得最後一個 element
val strings = listOf("first", "second", "fourteenth")
println(strings.last())

// max() 取得最大值
val numbers = setOf(1, 14, 2)
println(numbers.max())
// println 會呼叫 list 的 toString()
val list = listOf(1, 2, 3)
println(list)

joinToString 將 collection 以 prefix, separator, postfix 的格式列印出來

fun <T> joinToString(
        collection: Collection<T>,
        separator: String,
        prefix: String,
        postfix: String
): String {

    val result = StringBuilder(prefix)

    for ((index, element) in collection.withIndex()) {
        if (index > 0) result.append(separator)
        result.append(element)
    }

    result.append(postfix)
    return result.toString()
}

fun main(args: Array<String>) {
    val list = listOf(1, 2, 3)
    println(joinToString(list, "; ", "(", ")"))
}

執行結果

(1; 2; 3)

為了避免每一次都需要填寫四個參數的麻煩,可利用以下方式處理

  • Named Arguments 呼叫 function 時,將參數命名
joinToString(collection, separator = " ", prefix = " ", postfix = ".")
  • Default parameter values 函數的參數提供預設值
fun <T> joinToString(
        collection: Collection<T>,
        separator: String = ", ",
        prefix: String = "",
        postfix: String = ""
): String

接下來可用以下方式呼叫函數

joinToString(list, ", ", "", "")
joinToString(list)
joinToString(list, "; ")
joinToString(list, prefix = "# ")

top-level functions and properties

取代 static utility clsses

建立 join.kt,放入以下 code

package strings

fun <T> joinToString(
        collection: Collection<T>,
        separator: String,
        prefix: String,
        postfix: String
): String {

    val result = StringBuilder(prefix)

    for ((index, element) in collection.withIndex()) {
        if (index > 0) result.append(separator)
        result.append(element)
    }

    result.append(postfix)
    return result.toString()
}

$ kotlinc join.kt 編譯後,會產生 strings/JoinKt.class

所有 top-level function 都會成為該 class 的 static methods

如果加上 @file:JvmName("StringFunctions") 就可改變 class 的名稱,為 strings.StringFunctions

@file:JvmName("StringFunctions")

package strings
fun joinToString(...): String { ... }

top-level properties 轉換到 java 時,一樣會產生 accessor methods, val 變數會產生 getter,var 變數產生 getter/setter。

const val UNIX_LINE_SEPARATOR = "\n" 加上 const,就會轉換為 java 的 public static final String UNIX_LINE_SEPARATOR = "\n";

extension functions and properties,將 method 增加到另一個 class 裡面

因 kotlin 通常會增加到某一個既有的 Java project 裡面,故須要將 kotlin 跟既有的 java code 整合在一起。可使用 extension function,在 class 外面訂製一個新的 function

package strings

fun String.lastChar(): Char = this.get(this.length - 1)

String 稱為 receiver type,也就是要擴充的 class 名稱,this 稱為 receiver object

以下的例子,String 為 receiver type,"Kotlin" 為 receiver object

>>> println("Kotlin".lastChar())
n

也可以將 this 省略

package strings

fun String.lastChar(): Char = get(length - 1)

extension functions 必須要另外 import 才能使用

import strings.lastChar
// import strings.*

val c = "Kotlin".lastChar()

也可以在 import 後,用 as 產生別名,這可以解決 conflict 問題

import strings.lastChar as last
val c = "Kotlin".last()

從 java 呼叫 extension functions

如果剛剛的 code 是放在 StringUtil.kt 裡面

/* Java */
char c = StringUtilKt.lastChar("Java");

以 utility class 作為 extensions

將 joinToString 擴充到 Collection 裡面

fun <T> Collection<T>.joinToString(
        separator: String = ", ",
        prefix: String = "",
        postfix: String = ""
): String {
    val result = StringBuilder(prefix)

    for ((index, element) in this.withIndex()) {
        if (index > 0) result.append(separator)
        result.append(element)
    }

    result.append(postfix)
    return result.toString()
}

fun main(args: Array<String>) {
    val list = listOf(1, 2, 3)
    println(list.joinToString(separator = "; ",
          prefix = "(", postfix = ")"))
}

改成這樣,就只接受 String 的 collection

fun Collection<String>.join(
        separator: String = ", ",
        prefix: String = "",
        postfix: String = ""
) = joinToString(separator, prefix, postfix)

extension functions 無法被 overriding

在 class 裡面定義的 function 可以被 overriding

open class View {
    open fun click() = println("View clicked")
}

class Button: View() {
    override fun click() = println("Button clicked")
}

fun main(args: Array<String>) {
    val view: View = Button()
    view.click()
}

執行結果

Button clicked

extension functions 無法被 overriding,因為 extension function 是 static method

open class View {
    open fun click() = println("View clicked")
}

class Button: View() {
    override fun click() = println("Button clicked")
}

fun View.showOff() = println("I'm a view!")
fun Button.showOff() = println("I'm a button!")

fun main(args: Array<String>) {
    val view: View = Button()
    view.showOff()
}

執行結果

I'm a view!

extension properties

extension property 就像是 property 再加上 receiver type,壹定要定義 getter,不能夠定義初始值,在 StringBuilder.lastChar 是定義為 var,因為 StringBuilder 裡面存的資料是會變動的。

val String.lastChar: Char
    get() = get(length - 1)

var StringBuilder.lastChar: Char
    get() = get(length - 1)
    set(value: Char) {
        this.setCharAt(length - 1, value)
    }

fun main(args: Array<String>) {
    // 使用起來就像是 property
    println("Kotlin".lastChar)
    
    val sb = StringBuilder("Kotlin?")
    sb.lastChar = '!'
    println(sb)
}

其他支援 collections 的功能

Kotlin standard library 其他支援 collection 的功能

  • 關鍵字 vararg: 可定義有任意參數數量的 function
  • infix calls
  • destructuring declarations,可 unpack composite value 為 multiple variables

為什麼 Kotlin 跟 Java 使用相同的 collection class 但是卻有更多功能?原因是 last, max function 都是以 extension function 實作的。

>>> val strings: List<String> = listOf("first", "second", "fourteenth")
>>> strings.last()
fourteenth
>>> val numbers: Collection<Int> = setOf(1, 14, 2)
>>> numbers.max()
14
fun <T> List<T>.last(): T { /* returns the last element */ }
fun Collection<Int>.max(): Int { /* finding a maximum in a collection */ }

  • varargs: 讓 function 可接受不定數量的參數
fun listOf<T>(vararg values: T): List<T> { ... }

直接在參數前面加上 * ,稱為 spread operator

fun main(args: Array<String>) {
    val list = listOf("args: ", *args)
    println(list)
}

  • infix call
// regular way 呼叫函數
1.to("one")

// infix call
1 to "one"

以下是簡化版 infix 的定義方式

infix fun Any.to(other: Any) = Pair(this, other)

Pair 是 kotlin standard library 的 class,代表一組 elements,例如 val (number, name) = 1 to "one" 可將 1 to "one" 轉換為 Pair 再提供給 (number, name) 設定變數

for ((index, element) in collection.withIndex()) {
    println("$index: $element")
}
fun <K, V> mapOf(vararg values: Pair<K, V>): Map<K, V>

val map = mapOf(1 to "one", 7 to "seven", 53 to "fifty-three")

使用 strings 及 regular expressions

  • splitting strings

kotlin 使用跟 java 一樣的 regular expression syntax

fun main(args: Array<String>) {
    println( "12.345-6.A".split("\\.|-".toRegex()) )
    println( "12.345-6.A".split(".", "-") )
    
    // [12, 345, 6, A]
}
  • 將 file full path name 切割為 directory, filename, extension

使用標準函式庫的 substring functions

fun parsePath(path: String) {
    val directory = path.substringBeforeLast("/")
    val fullName = path.substringAfterLast("/")

    val fileName = fullName.substringBeforeLast(".")
    val extension = fullName.substringAfterLast(".")

    println("Dir: $directory, name: $fileName, ext: $extension")
}

fun main(args: Array<String>) {
    parsePath("/Users/yole/kotlin-book/chapter.adoc")
}

使用 regular expression 的方法:regular expression 以 triple-quoted string 撰寫,這樣就不需要 escape characters,所以直接寫 \. 就可以了

fun parsePath(path: String) {
    val regex = """(.+)/(.+)\.(.+)""".toRegex()
    val matchResult = regex.matchEntire(path)
    if (matchResult != null) {
        val (directory, filename, extension) = matchResult.destructured
        println("Dir: $directory, name: $filename, ext: $extension")
    }
}

fun main(args: Array<String>) {
    parsePath("/Users/yole/kotlin-book/chapter.adoc")
}

  • multiline triple-quoted strings

在 triple-quoted string 裡面包含所有的字元,trimMargin 可去掉 . 前面所有字元

val kotlinLogo = """| //
                   .|//
                   .|/ \"""

fun main(args: Array<String>) {
    println(kotlinLogo.trimMargin("."))
}

結果為

| //
|//
|/ \

用 embedded expression 填寫 $ 字元

>>> val price = """${'$'}99.9"""
>>> println(price)
$99.9

利用 local functions 及 extensions 簡化程式碼

以下程式碼中,name 及 address 欄位檢查部分的程式碼有重複

class User(val id: Int, val name: String, val address: String)

fun saveUser(user: User) {
    if (user.name.isEmpty()) {
        throw IllegalArgumentException(
            "Can't save user ${user.id}: empty Name")
    }

    if (user.address.isEmpty()) {
        throw IllegalArgumentException(
            "Can't save user ${user.id}: empty Address")
    }

    // Save user to the database
}

fun main(args: Array<String>) {
    saveUser(User(1, "", ""))
}

建立一個新的 local function: validate,利用該 local function 檢查欄位

class User(val id: Int, val name: String, val address: String)

fun saveUser(user: User) {

    fun validate(user: User,
                 value: String,
                 fieldName: String) {
        if (value.isEmpty()) {
            throw IllegalArgumentException(
                "Can't save user ${user.id}: empty $fieldName")
        }
    }

    validate(user, user.name, "Name")
    validate(user, user.address, "Address")

    // Save user to the database
}

fun main(args: Array<String>) {
    saveUser(User(1, "", ""))
}

因為是 local function,可直接使用 user 這個物件

class User(val id: Int, val name: String, val address: String)

fun saveUser(user: User) {
    fun validate(value: String, fieldName: String) {
        if (value.isEmpty()) {
            throw IllegalArgumentException(
                "Can't save user ${user.id}: " +
                    "empty $fieldName")
        }
    }

    validate(user.name, "Name")
    validate(user.address, "Address")

    // Save user to the database
}

fun main(args: Array<String>) {
    saveUser(User(1, "", ""))
}

將 validate 改成 extension function,讓程式碼更簡潔

class User(val id: Int, val name: String, val address: String)

fun User.validateBeforeSave() {
    fun validate(value: String, fieldName: String) {
        if (value.isEmpty()) {
            throw IllegalArgumentException(
               "Can't save user $id: empty $fieldName")
        }
    }

    validate(name, "Name")
    validate(address, "Address")
}

fun saveUser(user: User) {
    user.validateBeforeSave()

    // Save user to the database
}

fun main(args: Array<String>) {
    saveUser(User(1, "", ""))
}

References

Kotlin in Action

2019年3月4日

Kotlin Basics

kotlin 基本的 functions, variables, classes, enums, properties,以及型別轉換,及 exception 處理。

functions and variables

這是最基本的 HelloWorld.kt

fun main(args: Array<String>) {
    println("Hello, world!")
}

fun 是宣告 function,參數的型別寫在參數名稱後面,fun不需要放在 class 裡面,可直接放在檔案中,以 println 取代 System.out.println,可省略每一行程式最後面的分號。

kotlin 沒有 array 這種資料型別,必須要使用 Array 這個 class。


  • if 是 expression 不是 statement
fun max(a: Int, b: Int): Int {
    return if (a > b) a else b
}

fun main(args: Array<String>) {
    println(max(1, 2))
}

以 return 指定 fun 的回傳值

kotlin 的 if 是 expression 不是 statement,差別是 expression 一定有一個 value,可用在另一個 expression 裡面,而 statement 是程式區塊的頂層,沒有 value。所以程式中的 if 可以放在 return 後面,這種寫法在 Java 是不能用的。

kotlin 中,除了 for, do, do/while 以外,都是 expressions,expression 可用在另一個 expression 的功能,可組成 control structures。

另外 assignments 在 Java 是 expressions,但在 kotlin 是 statement。


變數可以不指定資料型別,要刻意指定也可以

val answer = 42
val answer: Int = 42

如果宣告時,沒有指定 value,則宣告變數時就一定要指定資料型別。

val answer: Int
answer = 42

val 是 immutable reference 的變數 var 是 mutable reference 的變數

在 kotlin 應該盡量使用 val,必要時才用 var

要注意的是,immutable 是指 object reference 不變,但是參考到的變數,還是可以改變 value

val languages = arrayListOf("Java")
languages.add("Kotlin")

var 雖然可以改變 object reference,但是仍然要改變為相同資料型別的變數 reference,以下的程式,會出現 type mismatch 的 error

var answer = 42
answer = "no answer"

簡化 string formatting: string templates

fun main(args: Array<String>) {
    val name = if (args.size > 0) args[0] else "Kotlin"
    println("Hello, $name!")
}

可以在 string 裡面,用 $name 參考到上面宣告過的變數,但如果是 character,前面要加上 escape,例如 println("\$x")

可用 \({} 加入一個 expression,例如: ```\){args[0]}```

fun main(args: Array<String>) {
    if (args.size > 0) {
        println("Hello, ${args[0]}!")
    }
}

因為 if 是 expression,所以可直接放到 ${} 裡面

fun main(args: Array<String>) {
    println("Hello, ${if (args.size > 0) args[0] else "someone"}!")
}

Classes and Properties

class Person(
    val name: String,
    var isMarried: Boolean
)

fun main(args: Array<String>) {
    val person = Person("Bob", true)
    println(person.name)
    println(person.isMarried)
}

以 class 宣告類別,預設就是 public,這個可省略。在 class 後面直接加上 val 參數,表示 name 是 read only 的 field,而宣告為 var 的 isMarried 則是可以改變的,自動就產生了 getter 及 setter。

如果由 Java 使用 Person 這個 class,可直接使用 getter/setter method。

Person person = new Person("Bob", true);
System.out.println(person.getName());  // Bob
System.out.println(person.isMarried()); // true

但是在 kotlin 的 getter/setter,就沒有 get 或 set 的前置,直接用 person.name person.isMarried 就可以了。


可在 class 中,自訂新的 property,並以 get() 撰寫自訂的 getter method,在 Java 是呼叫 isSquare

class Rectangle(val height: Int, val width: Int) {
    val isSquare: Boolean
        get() {
            return height == width
        }
}

fun main(args: Array<String>) {
    val rectangle = Rectangle(41, 43)
    println(rectangle.isSquare)
}

Directories and packages

每一個 kotlin .kt 原始檔在開頭可有一個 package 宣告,不同 package 的 kotlin class 必須要 import 後才能使用。

package geometry.shapes

import java.util.Random

class Rectangle(val height: Int, val width: Int) {
    val isSquare: Boolean
        get() = height == width
}

fun createRandomRectangle(): Rectangle {
    val random = Random()
    return Rectangle(random.nextInt(), random.nextInt())
}

可以直接 import top-level function

package geometry.example

import geometry.shapes.createRandomRectangle

fun main(args: Array<String>) {
    println(createRandomRectangle().isSquare)
}

可以將多個 classes 放到同一個 kotlin file 中,kotlin source file name 可以任意自訂,不需要跟 class 名稱一樣。但最好還是遵循 Java 的目錄原則,將同一個 package 的檔案,放到跟 package 相同的目錄中,這樣才能順利找到正確的原始檔。

處理多重選擇: enum 及 when

以 enum class 定義 enum(在 Java 是用 enum)

enum class Color {
    RED, ORANGE, YELLOW, GREEN, BLUE, INDIGO, VIOLET
}

enum 並不是單純的 list of values,可以在 enum 中定義 properties 及 methods。宣告了 enum properties 後,每一個 enum value 都必須指定 properties 的數值,在 enum value 定義後面,一定要加上一個分號,在分號後面才能加上 fun methods

enum class Color(
        // 宣告 enum 的 properties
        val r: Int, val g: Int, val b: Int
) {
    RED(255, 0, 0), ORANGE(255, 165, 0),
    YELLOW(255, 255, 0), GREEN(0, 255, 0), BLUE(0, 0, 255),
    INDIGO(75, 0, 130), VIOLET(238, 130, 238);

    fun rgb() = (r * 256 + g) * 256 + b
}

fun main(args: Array<String>) {
    println(Color.BLUE.rgb())
}

when 是用來取代 Java 的 switch 語法

enum class Color {
    RED, ORANGE, YELLOW, GREEN, BLUE, INDIGO, VIOLET
}

fun getMnemonic(color: Color) =
    when (color) {
        Color.RED -> "Richard"
        Color.ORANGE -> "Of"
        Color.YELLOW -> "York"
        Color.GREEN -> "Gave"
        Color.BLUE -> "Battle"
        Color.INDIGO -> "In"
        Color.VIOLET -> "Vain"
    }

fun main(args: Array<String>) {
    println(getMnemonic(Color.BLUE))
}

可將多個 enum 對應到同一個 value

enum class Color {
    RED, ORANGE, YELLOW, GREEN, BLUE, INDIGO, VIOLET
}

fun getWarmth(color: Color) = when(color) {
    Color.RED, Color.ORANGE, Color.YELLOW -> "warm"
    Color.GREEN -> "neutral"
    Color.BLUE, Color.INDIGO, Color.VIOLET -> "cold"
}

fun main(args: Array<String>) {
    println(getWarmth(Color.ORANGE))
}

在 import 時,必須要 import Color 這個 class,另外再 import enum constants

import ch02.colors.Color
import ch02.colors.Color.*

fun getWarmth(color: Color) = when(color) {
    RED, ORANGE, YELLOW -> "warm"
    GREEN -> "neutral"
    BLUE, INDIGO, VIOLET -> "cold"
}

fun main(args: Array<String>) {
    println(getWarmth(Color.ORANGE))
}

可將 when 用在任意的 object(Java 的 switch 只能用在 enum constants, strings, number literals)。

when 裡面是 setOf 集合,後面每一個條件,都必須同樣檢查為 setOf,最後用 else 設定其他的條件。

import ch02.colors.Color
import ch02.colors.Color.*

fun mix(c1: Color, c2: Color) =
        when (setOf(c1, c2)) {
            setOf(RED, YELLOW) -> ORANGE
            setOf(YELLOW, BLUE) -> GREEN
            setOf(BLUE, VIOLET) -> INDIGO
            else -> throw Exception("Dirty color")
        }

fun main(args: Array<String>) {
    println(mix(BLUE, YELLOW))
}

上面的 code 會產生一些 Set 物件,為了程式效能,可去掉 when 的參數,直接

import ch02.colors.Color
import ch02.colors.Color.*

fun mixOptimized(c1: Color, c2: Color) =
    when {
        (c1 == RED && c2 == YELLOW) ||
        (c1 == YELLOW && c2 == RED) ->
            ORANGE

        (c1 == YELLOW && c2 == BLUE) ||
        (c1 == BLUE && c2 == YELLOW) ->
            GREEN

        (c1 == BLUE && c2 == VIOLET) ||
        (c1 == VIOLET && c2 == BLUE) ->
            INDIGO

        else -> throw Exception("Dirty color")
    }

fun main(args: Array<String>) {
    println(mixOptimized(BLUE, YELLOW))
}

smart casts: 合併了 type checks 及 casts

interface Expr
class Num(val value: Int) : Expr
class Sum(val left: Expr, val right: Expr) : Expr

fun eval(e: Expr): Int {
    if (e is Num) {
        // 將 e 轉型為 Num,可以省略
        val n = e as Num
        return n.value
    }
    if (e is Sum) {
        return eval(e.right) + eval(e.left)
    }
    throw IllegalArgumentException("Unknown expression")
}

fun main(args: Array<String>) {
    println(eval(Sum(Sum(Num(1), Num(2)), Num(4))))
}

一開始定義了兩個 class 分別都實作 Expr 介面, eval 函數區分了 Num 與 Sum 的回傳值。

is 是在檢查資料型別的保留字,且在通過檢查後,compiler 會自動將 e 轉型為該資料型別。 as 是強制轉型的保留字。

eval(Sum(Sum(Num(1), Num(2)), Num(4))) 就是在計算 (Num(1) + Num(2)) + Num(4) 的結果。

將 if 取代為 when

在 kotlin 的 if 是 expression,會有 return value。所以可以將剛剛的 eval 改寫為 if expression。

interface Expr
class Num(val value: Int) : Expr
class Sum(val left: Expr, val right: Expr) : Expr

fun eval(e: Expr): Int =
    if (e is Num) {
        e.value
    } else if (e is Sum) {
        eval(e.right) + eval(e.left)
    } else {
        throw IllegalArgumentException("Unknown expression")
    }

fun main(args: Array<String>) {
    println(eval(Sum(Num(1), Num(2))))
}

剛剛的 if 裡面,都只有一個 expression,可以用 when 改寫。

interface Expr
class Num(val value: Int) : Expr
class Sum(val left: Expr, val right: Expr) : Expr

fun eval(e: Expr): Int =
    when (e) {
        is Num ->
            e.value
        is Sum ->
            eval(e.right) + eval(e.left)
        else ->
            throw IllegalArgumentException("Unknown expression")
    }

fun main(args: Array<String>) {
    println(eval(Sum(Num(1), Num(2))))
}

when 的 is 裡面,超過一個 expression,就用 { } 包括在一起,最後一個 statement 就是 return value。

interface Expr
class Num(val value: Int) : Expr
class Sum(val left: Expr, val right: Expr) : Expr

fun evalWithLogging(e: Expr): Int =
    when (e) {
        is Num -> {
            println("num: ${e.value}")
            e.value
        }
        is Sum -> {
            val left = evalWithLogging(e.left)
            val right = evalWithLogging(e.right)
            println("sum: $left + $right")
            left + right
        }
        else -> throw IllegalArgumentException("Unknown expression")
    }

fun main(args: Array<String>) {
    println(evalWithLogging(Sum(Sum(Num(1), Num(2)), Num(4))))
}

while 及 for loops

1..100 是 ranges,由 1 到 100

100 downTo 1 step 2,是由 100 到 1,每一次都 -2

fun fizzBuzz(i: Int) = when {
    i % 15 == 0 -> "FizzBuzz "
    i % 3 == 0 -> "Fizz "
    i % 5 == 0 -> "Buzz "
    else -> "$i "
}

fun main(args: Array<String>) {
    for (i in 1..100) {
        print(fizzBuzz(i))
    }
    
    for (i in 100 downTo 1 step 2) {
        print(fizzBuzz(i))
    }
}

for (x in 0 until size) 也可以寫成 for (x in 0..size-1)


如何 iterate maps

import java.util.TreeMap

fun main(args: Array<String>) {
    val binaryReps = TreeMap<Char, String>()

    for (c in 'A'..'F') {
        val binary = Integer.toBinaryString(c.toInt())
        binaryReps[c] = binary
    }

    for ((letter, binary) in binaryReps) {
        println("$letter = $binary")
    }
    
    val list = arrayListOf("10", "11", "1001")
    for ((index, element) in list.withIndex()) {
        println("$index: $element")
    }
}

執行結果

A = 1000001
B = 1000010
C = 1000011
D = 1000100
E = 1000101
F = 1000110
0: 10
1: 11
2: 1001

用 in !in 檢查 ranges,也可以用在 when 裡面

"Kotlin" in "Java".."Scala" Kotlin 是在 Java 到 Scala 範圍之間,所有字串的一員

fun isLetter(c: Char) = c in 'a'..'z' || c in 'A'..'Z'
fun isNotDigit(c: Char) = c !in '0'..'9'

fun recognize(c: Char) = when (c) {
    in '0'..'9' -> "It's a digit!"
    in 'a'..'z', in 'A'..'Z' -> "It's a letter!"
    else -> "I don't know…​"
}

fun main(args: Array<String>) {
    println("q isLetter: "+isLetter('q'))
    println("x isNotDigit: "+isNotDigit('x'))

    println()
    println("8:"+ recognize('8'))

    println()
    println("Kotlin" in "Java".."Scala")

    println()
    println("Kotlin" in setOf("Java", "Scala"))
}

執行結果

q isLetter: true
x isNotDigit: true

8:It's a digit!

true

false

Exceptions

kotlin 的 throw,後面不需要加上 new 再搭某一個 Exception class

if (percentage !in 0..100) {
    throw IllegalArgumentException(
        "A percentage value must be between 0 and 100: $percentage")
}

跟 Java 類似,也適用 try ... catch ... finally 的語法,但是在 method 宣告的地方,不需要宣告該 method function 可能會 throw Exception。

readNumber 這個 method 是回傳 Int? ,增加 ? 的用意,是表示該 method 會回傳整數或是 null。

import java.io.BufferedReader
import java.io.StringReader

fun readNumber(reader: BufferedReader): Int? {
    try {
        val line = reader.readLine()
        return Integer.parseInt(line)
    }
    catch (e: NumberFormatException) {
        return null
    }
    finally {
        reader.close()
    }
}

fun main(args: Array<String>) {
    val reader = BufferedReader(StringReader("239"))
    println(readNumber(reader))
}

要改變習慣,將 try 當作 expression,以往會在 catch Exception 的部分,直接 return

import java.io.BufferedReader
import java.io.StringReader

fun readNumber(reader: BufferedReader) {
    val number = try {
        Integer.parseInt(reader.readLine())
    } catch (e: NumberFormatException) {
        return
    }

    println(number)
}

fun main(args: Array<String>) {
    val reader = BufferedReader(StringReader("not a number"))
    readNumber(reader)
}

將 try 的 catch exception 部分,直接寫成 null,就表示 number 是 Int 或是 null。

import java.io.BufferedReader
import java.io.StringReader

fun readNumber(reader: BufferedReader) {
    val number = try {
        Integer.parseInt(reader.readLine())
    } catch (e: NumberFormatException) {
        null
    }

    println(number)
}

fun main(args: Array<String>) {
    val reader = BufferedReader(StringReader("not a number"))
    readNumber(reader)
}

References

Kotlin in Action