Kotlin 實戰範例 (3) 基礎 (Null、相等、字串、註解)

Kotlin 實戰範例

Kotlin 在型別系統中直接針對 null 做處理，讓我們的程式碼更穩固；相等比較也和 Java 略有不同，但是更好用；字串模板讓我們在串接變數時更有效率。

3.1 安全的 Null

Null 的發明者 Tony Hoare 曾道歉說，這是他犯下的十億美元的錯誤(The Billion Dollar Mistake)，可見 null 有多危險。在 Java 中，只要存取 null reference 的成員就會引發 NullPointerException (空指標例外，簡稱 NPE)，造成程式崩潰，不得不小心。

Kotlin 致力於消除危險的 null 參考 (reference) 引用，在型別系統的設計上已經可以避免大多數 NPE 的發生，除非我們明確地丟出 NPE，例如：throw NullPointerException() 、或是使用 !! 符號、或是由外部 Java 程式碼所造成等等。

3.1.1 Nullable 型別及 Non-Null 型別

在 Kotlin 中，型別系統區分成兩種，一種是可以接受 Null (nullable references) 的，在型別名稱後面加上問號 ? 來表示；另一種是不能接受 Null (non-null references) 的。

先來看看不能接受 Null 的例子：

var name: String = "Tony"
name = null // <-- 編譯錯誤

我們宣告的變數 name 的型別 String 不允許 null 值，當我們指派給它的值為 null 時，就會編譯失敗。這種設計的好處在於，我們在宣告變數時就能確定它是有值的，即使之後修改其值，也絕對不可能是 null。因為在編譯時就能發現這個問題，在程式中存取此變數時就不會有模棱兩可的情況。

接下來看看接受 Null (nullable references) 的例子：

var name: String? = "Tony"
name = null // <-- 編譯成功

當我們在型別名稱後面加上問號 ? ，就表示此變數接受 null 值，因此這個變數的值可能有兩種情況：值或 null。當我們在使用這個變數時就必須額外檢查 null ，否則編譯器不會讓這個程式碼通過，這樣我們的程式碼將會變得更加穩固。

現在，我們來看看這兩種型別對我們的程式造成了什麼影響：

val a: String = "Tony"
println(a.length)

val b: String? = "Tony"
println(b.length) // <-- 編譯失敗

我們可以毫不猶豫的存取變數 a 的屬性，並且知道它不會出問題 (引發 NPE)；同樣的動作對於變數 b 則有風險，立即被編譯器發現而編譯失敗，我們必須檢查該變數的值是否為 null，編譯器才能讓我們繼續，接下來讓我們看看如何檢查 null。

3.1.2 Null 的檢查

針對可能為 null 的變數，在存取之前要先用 if 檢查其值，確定不是 null 才能呼叫其成員，請看範例：

val b: String? = "Tony"
if (b != null) {
  println(b.length)
}

由於 if 中的條件是從左向右執行，因此我們也可以同時檢查 null 並呼叫其成員 (類別中的屬性或方法)，請務必依照這個順序指定條件，請看範例：

val b: String? = "Tony"
if (b != null && b.isNotEmpty()) {
  println(b.toUpperCase())
}

3.1.3 安全呼叫成員

Kotlin 提供比 if 檢查更有效率的方式，使用 ?. 符號來安全呼叫成員，請看範例：

val b: String? = "Tony"
println(b?.length)

這樣是不是簡單、快速又方便。?. 的意思是「如果變數 b 有值就存取它的 length 屬性，如果是 null 就不要做任何動作」，這樣就不需要額外使用 if 來檢查了。程式碼不僅簡短，還能一眼就知道意圖。

有一點要注意的是，一旦我們使用了一個安全呼叫，在其後的呼叫鏈也必須使用安全呼叫，請看以下範例：

val b: String? = "Tony"
println(b?.toUpperCase()?.replace("Y", "")?.length)

這個安全呼叫鏈中，只要其中一個呼叫回傳 null ，就會中斷整個呼叫鏈，結果只會得到 null 而不會發生任何錯誤，如果沒有使用安全呼叫鏈，就必須使用 if 條件判斷，程式碼將變得冗長而不易閱讀。

3.1.4 貓王運算符號

使用「安全呼叫」其實有個小缺點，由於最後的結果值可能為 null ，所以最終我們還是得判斷結果值是不是 null，似乎永遠離不開 if 條件判斷。Kotlin 提供一個方便的貓王 (Elvis) 運算符號 ?: ，它可以讓我們在得到 null 結果時指定預設值，這樣就能讓整個安全呼叫鏈一氣呵成，請看範例：

val b: String? = null
println(b?.toUpperCase()?.replace("Y", "")?.length ?: -1)

註：被稱為貓王運算符號的原因是這個符號和貓王的顏文字 ?;J 很像，所以就被這樣命名了。貓王本人照片。

3.1.5 危險的強制呼叫

有時候我們非常有自信的確定變數是有值的，不打算使用安全呼叫，這時我們可以使用雙驚嘆號 !! 來強制呼叫，不過我們必須瞭解，如果該變數是 null 的話就會引發 NPE，請看範例：

val b: String? = "Tony"
println(b!!.length)

使用這種方式非常不安全，請儘量避免或記得補捉 NPE。

3.1.6 安全轉型及預設值

在使用 as 轉型時，如果轉型失敗會丟出 ClassCastException ，所以建議使用安全的轉型 as?，而安全的轉型也可以搭配貓王運算符號來指定預設值，請看範例：

val a: Any = 123
println(a as? String ?: "無法轉型為字串")

這樣在轉型失敗時就會使用預設值。

3.2 相等比較

Kotlin 提供兩種類型的相等比較：

參考相等 (或稱位址相等)：即兩個物件指向同一個參考 (位址)；使用連續三個等號 === 來比較參考相等，!== 則比較參考不相等。
結構相等 (結構指存在該位址中的值)：只判斷值是否相等，不管位址是否相等。使用 equals() 方法來比較結構 (值)，或是使用 == 符號；!= 則判斷不相等。

重要！Kotlin 的 == 和 Java 的 == 行為是不同的，Java 的 == 比較的是參考 (位址)， equals() 方法則是比較值。Kotlin 使用 == 或 equals() 來比較值，使用 === 比較參考 (位址)。

3.2.1 結構的比較

當我們使用 == 符號時，實際上會轉換成如下的程式碼：

a?.equals(b) ?: (b === null)

如果 a 不是 null，會呼叫 equals() 方法來比較，如果 a 是 null 則比較 b 是否為 null。所以 == 符號實際上做的事比 equals() 方法還多，因此除非必要，否則大多數時候都是使用 == 符號來做結構的比較。

另外，要比較某變數是否為 null 時，必須使用 === 比較其參考，但是我們不必明確的使用 ===，當我們使用 == 來比較是否為 null 時，Kotlin 會自動幫我們轉換為 ===。

對於不同的數值型別，必須轉換成相同型別才能比較，或是使用 compareTo() 方法，請看範例：

val a: Int = 1
val b: Long = 1L
val c: Double = 1.0
println(a.toLong() == b) // true
println(a.toDouble() == c) // true
println(a.compareTo(b)) // 0
println(a.compareTo(c)) // 0

compareTo() 的結果，0 表示相等，-1 表示小於，1 表示大於。

針對數值這種在 Java 中被視為原始型別 (primitive type) 的值使用 === 符號是沒有必要的，它的結果等同於 ==。

3.2.2 物件的比較

當我們建立一個物件時，會得到一個參考 (記憶體位址)，要比較兩個物件是否屬於同一個參考，必須使用 ===，請看範例：

data class User(val name: String)
fun main() {
  val a = User("Tony")
  val b = User("Tony")
  val c = a // 同一個物件，即相同參考
  println(a === b) // false
  println(a === c) // true
  // 比較結構
  println(a == b) // true
}

這裡要注意的是，因為我們使用 Kotlin 提供的 data class 來建立類別，比較結構時才會相等，這是因為 data class 幫我們實做了等式判斷用的 equals() 方法，如果使用一般的類別而又沒有實作 equals() 方法，比較結構的結果等同於比較參考的結果。

在 Java 中想要單純比較物件的結構比較麻煩，必須自行實作 equals() 方法才行，簡單示範如下：

/* Java */
public class Jpp {
  public static void main(String[] args) {
    User a = new User("Tony");
    User b = new User("Tony");
    System.out.println(a.equals(b)); // true
    System.out.println(a == b); // false
  }
}

class User {
  private String name;
  User(String name) {
    this.name = name;
  }
  // 如果沒有實作以下方法，a.equals(b) 的結果將為 false
  @Override
  public boolean equals(Object obj) {
    try {
      return this.name.equals(((User)obj).name);
    } catch (Exception e) {
      return false;
    }
  }
}

在 Java 中，如果沒有實作自己版本的 equals() 方法，預設會使用從 Object 繼承而來的比對方式，這個比對方式只是簡單的用 == 來比對兩個物件的參考，我們看到範例中，使用 == 比對的結果就是 false，也就是說，在 Java 中比較兩個物件時，使用 equals() 方法或 == 的結果都一樣，只能自行實作比對邏輯。

實際上，我們還少說了 hashCode 的部分，根據規則，只要有實作 equals() 就必須同時實作 hashCode 。(這部分要解釋的東西太多，可以參考電子書的內容)

3.3 字串

3.3.1 字串模板

我們經常將變數和一段文字串接來表達完整的內容，在 Java 裡只能用 + 來串接，即使使用 String.format() 也不是那麼清楚、簡單，來看看 Java 的例子：

/* Java */
String name = "Tony";
int age = 5;
// 使用 +
System.out.println("My name is " + name + ", " + age + " years old.");
// 使用 String.format()
System.out.println(String.format("My name is %s, %d years old.", name, age));

我們得查一下文件才知道 %s 對應到字串、%d 對應到整數。

來看看 Kotlin 的字串模板怎麼用：

val name = "Tony"
val age = 5
println("My name is $name, $age years old.")

在字串中要取用任何變數的值，只要直接使用該變數的名稱，並在前面加上 $ 即可，這樣是不是方便多了，整個字串也非常容易閱讀。而且不止這樣，如果我們想要取用該變數的屬性或做任何的運算，只要額外使用大括號 {} 把它包圍即可，請看範例：

println("My name have ${name.length} characters.")
// [結果] My name have 4 characters.
println("1 + 2 = ${1 + 2}")
// [結果] 1 + 2 = 3

3.3.2 原生字串

有時候我們需要輸出一段經過排版的文字，包括縮排、斷行及空白等等內容，可以用一對三個雙引號 """ 來包圍該內容，在此區塊中的內容會如實呈現，請看範例：

fun main() {
  val code = """
    val names = arrayOf("Tony", "Tom", "John")
    for (name in names) {
      println(name)
    }
  """
  println(code)
}
/* [結果]

  val names = arrayOf("Tony", "Tom", "John")
  for (name in names) {
    println(name)
  }
*/

我們可以注意到輸出結果的上面多了一行空白，前面也有縮排，如果我們想在輸出結果中讓內容不要有多餘的縮排及空行，我們可以用 trimMargin() 函式來消除，請看範例：

fun main() {
  val code = """
  |val names = arrayOf("Tony", "Tom", "John")
  |for (name in names) {
  | println(name)
  |}
  """.trimMargin()
  println(code)
}

trimMargin() 可以讓我們指定行的開頭，預設使用 | 符號，輸出的內容會以這個符號當成行的起點。我們也可以換成使用其他符號，例如這樣 trimMargin(">")；如果我們只是想要忽略縮排，可以直接使用 trimIndent() 即可，它不需要使用起頭符號，但是結果和上例一樣。我們一樣可以在原生字串中使用字串模板的符號來取用變數值。

註：Java 13 也會有相似的功能稱為 Text Blocks (Preview) 預覽版。

3.4 註解

註解可以用來說明程式碼的意圖，程式編譯時會忽略註解。

3.4.1 單行註解

以雙斜線 // 表示：

// 這行之後的都是註解

3.4.2 區塊註解

以一對 /* 及 */ 包圍的區塊，註解的內容較多時使用：

/* 這個區塊
   都是註解 */

Java 的區塊註解不能是巢狀的，Kotlin 的可以：

/* 1111
  /* 2222 */
  3333
*/

3.4.3 文件式註解

文件式註解可以讓我們將註解輸出為說明文件。Kotlin 使用的程式碼文件稱為 KDoc，如同 JavaDoc，語法相同但多了自己特有的標籤，並且可以在行內標記 (inline markup) 中使用 Markdown 語法。文件式註解以一對 /** 及 */ 包圍的區塊表示：

/**
  哈囉類別
  @author Tony
*/
class Hello {
  // ...
}

如果要產生說明文件，可以用 Dokka 文件產生工具來輸出程式碼文件。在 build.gradle 檔中加入 Dokka ：

plugins {
  id 'org.jetbrains.dokka' version '0.10.0'
}
repositories {
  jcenter() 
  // 或 maven { url 'https://dl.bintray.com/kotlin/dokka' }
}
dokka {
  outputFormat = 'html'
  outputDirectory = "$buildDir/kdoc"
}

然後在命令列執行：

./gradlew dokka

就會在 build/kdoc 目錄下產生 html 格式的文件。

繼續閱讀：Kotlin 實戰範例 (4) 基礎 (條件控制、循環執行)

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本文網址：http://blog.tonycube.com/2020/08/kotlin-by-example-3-null-equals-string-comments.html
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