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空安全

可空类型与非空类型

Kotlin 的类型系统旨在消除来自代码空引用的危险,也称为《十亿美元的错误》

许多编程语言(包括 Java)中最常见的陷阱之一,就是访问空引用的成员会导致空引用异常。在 Java 中,这等同于 NullPointerException 或简称 NPE

Kotlin 的类型系统旨在从我们的代码中消除 NullPointerException。NPE 的唯一可能的原因可能是:

  • 显式调用 throw NullPointerException()
  • 使用了下文描述的 !! 操作符;
  • 有些数据在初始化时不一致,例如当:
  • Java 互操作:
    • 企图访问平台类型null 引用的成员;
    • 用于具有错误可空性的 Java 互操作的泛型类型,例如一段 Java 代码可能会向 Kotlin 的 MutableList<String> 中加入 null,这意味着应该使用 MutableList<String?> 来处理它;
    • 由外部 Java 代码引发的其他问题。

在 Kotlin 中,类型系统区分一个引用可以容纳 null (可空引用)还是不能容纳(非空引用)。 例如,String 类型的常规变量不能容纳 null

fun main(args: Array<String>) {
//sampleStart
    var a: String = "abc"
    a = null // 编译错误
//sampleEnd
}

如果要允许为空,我们可以声明一个变量为可空字符串,写作 String?

fun main(args: Array<String>) {
//sampleStart
    var b: String? = "abc"
    b = null // ok
    print(b)
//sampleEnd
}

现在,如果你调用 a 的方法或者访问它的属性,它保证不会导致 NPE,这样你就可以放心地使用:

val l = a.length

但是如果你想访问 b 的同一个属性,那么这是不安全的,并且编译器会报告一个错误:

val l = b.length // 错误:变量“b”可能为空

但是我们还是需要访问该属性,对吧?有几种方式可以做到。

在条件中检查 null

首先,你可以显式检查 b 是否为 null,并分别处理两种可能:

val l = if (b != null) b.length else -1

编译器会跟踪所执行检查的信息,并允许你在 if 内部调用 length。 同时,也支持更复杂(更智能)的条件:

fun main(args: Array<String>) {
//sampleStart
    val b = "Kotlin"
    if (b != null && b.length > 0) {
        print("String of length ${b.length}")
    } else {
        print("Empty string")
    }
//sampleEnd
}

请注意,这只适用于 b 是不可变的情况(即在检查和使用之间没有修改过的局部变量 ,或者不可覆盖并且有幕后字段的 val 成员),因为否则可能会发生在检查之后 b 又变为 null 的情况。

安全的调用

你的第二个选择是安全调用操作符,写作 ?.

fun main(args: Array<String>) {
//sampleStart
    val a = "Kotlin"
    val b: String? = null
    println(b?.length)
    println(a?.length)
//sampleEnd
}

如果 b 非空,就返回 b.length,否则返回 null,这个表达式的类型是 Int?

安全调用在链式调用中很有用。例如,如果一个员工 Bob 可能会(或者不会)分配给一个部门, 并且可能有另外一个员工是该部门的负责人,那么获取 Bob 所在部门负责人(如果有的话)的名字,我们写作:

bob?.department?.head?.name

如果任意一个属性(环节)为空,这个链式调用就会返回 null

如果要只对非空值执行某个操作,安全调用操作符可以与 let 一起使用:

fun main(args: Array<String>) {
//sampleStart
    val listWithNulls: List<String?> = listOf("Kotlin", null)
    for (item in listWithNulls) {
         item?.let { println(it) } // 输出 A 并忽略 null
    }
//sampleEnd
}

安全调用也可以出现在赋值的左侧。这样,如果调用链中的任何一个接收者为空都会跳过赋值,而右侧的表达式根本不会求值:

// 如果 `person` 或者 `person.department` 其中之一为空,都不会调用该函数:
person?.department?.head = managersPool.getManager()

Elvis 操作符

当我们有一个可空的引用 r 时,我们可以说“如果 r 非空,我使用它;否则使用某个非空的值 x”:

val l: Int = if (b != null) b.length else -1

除了完整的 if-表达式,这还可以通过 Elvis 操作符表达,写作 ?:

val l = b?.length ?: -1

如果 ?: 左侧表达式非空,elvis 操作符就返回其左侧表达式,否则返回右侧表达式。 请注意,当且仅当左侧为空时,才会对右侧表达式求值。

请注意,因为 throwreturn 在 Kotlin 中都是表达式,所以它们也可以用在 elvis 操作符右侧。这可能会非常方便,例如,检查函数参数:

fun foo(node: Node): String? {
    val parent = node.getParent() ?: return null
    val name = node.getName() ?: throw IllegalArgumentException("name expected")
    // ……
}

!! 操作符

第三种选择是为 NPE 爱好者准备的:非空断言运算符(!!)将任何值转换为非空类型,若该值为空则抛出异常。我们可以写 b!! ,这会返回一个非空的 b 值 (例如:在我们例子中的 String)或者如果 b 为空,就会抛出一个 NPE 异常:

val l = b!!.length

因此,如果你想要一个 NPE,你可以得到它,但是你必须显式要求它,否则它不会不期而至。

安全的类型转换

如果对象不是目标类型,那么常规类型转换可能会导致 ClassCastException。 另一个选择是使用安全的类型转换,如果尝试转换不成功则返回 null

val aInt: Int? = a as? Int

可空类型的集合

如果你有一个可空类型元素的集合,并且想要过滤非空元素,你可以使用 filterNotNull 来实现:

val nullableList: List<Int?> = listOf(1, 2, null, 4)
val intList: List<Int> = nullableList.filterNotNull()