Kotlin擴展函數(shù)及實現(xiàn)機制的深入探索

更新時間：2018年06月07日 11:06:46 作者：glensun

擴展函數(shù)與擴展屬性的神奇之處在于，可以在不修改原來類的條件下，使用函數(shù)和屬性，表現(xiàn)得就像是屬于這個類的一樣。下面這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于Kotlin擴展函數(shù)及實現(xiàn)機制的相關(guān)資料，需要的朋友可以參考下

前言

2017年Google IO大會宣布使用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平臺的Swift語言。

先讓我們看下實現(xiàn)同樣的功能，Java和Kotiln的對比：

// 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，我們可以直接對資源id進行操作，也不需要匿名內(nèi)部類的聲明，更關(guān)注函數(shù)的實現(xiàn)本身，拋棄了復雜的格式
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") }
 }
}

實現(xiàn)這些需要借助Kotlin的擴展函數(shù)與高階函數(shù)，本文主要介紹一下擴展函數(shù)。

什么是擴展函數(shù)？

擴展函數(shù)數(shù)是指在一個類上增加一種新的行為，甚至我們沒有這個類代碼的訪問權(quán)限。這是一個在缺少有用函數(shù)的類上擴展的方法，Kotlin能夠為我們做到那些令人關(guān)注的事情，而這些Java做不到。

在Java中，通常會實現(xiàn)很多帶有static方法的工具類，而Kotlin中擴展函數(shù)的一個優(yōu)勢是我們不需要在調(diào)用方法的時候把整個對象當作參數(shù)傳入，它表現(xiàn)得就像是屬于這個類的一樣，而且我們可以使用this關(guān)鍵字和調(diào)用所有public方法。

1. Kotlin 擴展函數(shù)與擴展屬性(Kotlin Extensions)

Kotlin 能夠擴展一個類的新功能而無需繼承該類，或者對任意的類使用像“裝飾者(Decorator)”這樣的設(shè)計模式。這些都是通過叫做“擴展(extensions)”的特殊聲明實現(xiàn)的。Kotlin擴展聲明既支持擴展函數(shù)也支持擴展屬性，本文主要討論擴展函數(shù)，至于擴展屬性實現(xiàn)的機制類似。

擴展函數(shù)的聲明非常簡單，他的關(guān)鍵字是.，此外我們需要一個“接受者類型(recievier type)”來作為他的前綴。以類MutableList<Int>為例，現(xiàn)在為它擴展一個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是擴展函數(shù)名，其余和Kotlin聲明一個普通函數(shù)并無區(qū)別。

額外提一句，Kotlin的this語法要比JAVA更靈活，這里擴展函數(shù)體里的this代表的是接受者類型對象。

如果我們想要調(diào)用這個擴展函數(shù)，可以這樣：

fun use(){
 val list = mutableListOf(1,2,3)
 list.swap(1,2)
}

2. Kotlin擴展函數(shù)是怎么實現(xiàn)的

擴展函數(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，但是這樣的方法會不會帶來性能方面的掣肘呢？有必要探究一下Kotlin是如何實現(xiàn)擴展函數(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，擴展函數(shù)的實現(xiàn)非常簡單，它沒有修改接受者類型的成員，僅僅是通過靜態(tài)方法來實現(xiàn)的。這樣，我們雖然不必擔心擴展函數(shù)會帶來額外的性能消耗，但是它也不會帶來性能上的優(yōu)化。

3.更復雜的情況

下面來討論一些更特殊的情況。

3.1 當發(fā)生繼承時，擴展函數(shù)由于本質(zhì)上是靜態(tài)方法，它會嚴格按照參數(shù)類型去執(zhí)行調(diào)用，而不會去優(yōu)先執(zhí)行或者主動執(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，因為擴展函數(shù)的入?yún)㈩愋褪茿，他將會嚴格按照入?yún)㈩愋蛨?zhí)行函數(shù)調(diào)用。

3.2 如果擴展函數(shù)和現(xiàn)有的類成員發(fā)生沖突，kotlin將會默認使用類成員，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())

上述的例子將會輸出Member。Kotlin不允許擴展一個已有的成員，原因也很好理解，我們不希望擴展函數(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)建擴展函數(shù)，這樣是可行的。

3.3 Kotlin嚴格區(qū)分了可能為空和不為空的入?yún)㈩愋?，同樣也應用在擴展函數(shù)的中，為了聲明一個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 我們有時候還希望能夠添加類似JAVA的“靜態(tài)函數(shù)”的擴展函數(shù)，這時需要借助“伴隨對象(Companion Object)”來實現(xiàn)，如下這個例子：

class D{
 companion object{
  val m = 1
 }
}

fun D.Companion.foo(){
 println("$m in extension")
}

D.foo()

上面的例子會輸出1 in extension，注意這里調(diào)用foo這個擴展函數(shù)時，并不需要類D的實例，類似于JAVA的靜態(tài)方法。

3.5 如果留意前面的例子，我們會發(fā)現(xiàn)kotlin的this語法和JAVA不同，使用范圍更靈活，僅以擴展函數(shù)為例，當在擴展函數(shù)里調(diào)用this時，指代的是接受者類型的實例，那么如果這個擴展函數(shù)聲明在一個類內(nèi)部，我們?nèi)绾瓮ㄟ^this獲取到類的實例呢？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. 擴展函數(shù)的作用域

一般來說，我們習慣將擴展函數(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，在同一個包內(nèi)可以直接調(diào)用改擴展函數(shù)，如果我們需要跨包調(diào)用擴展函數(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來指定這個擴展函數(shù)，也可以通過import com.example.extension.*表示引入該包內(nèi)的所有擴展函數(shù)。得益于Android Studio具備的自動聯(lián)想能力，通常不需要我們主動輸入import指令。

有時候，我們也會把擴展函數(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()是一個定義在類G內(nèi)部的擴展函數(shù)，在這個擴展函數(shù)里，我們直接使用Int類型作為接受者類型，因為我們將擴展函數(shù)定義在了類的內(nèi)部，即使我們設(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，如果我們設(shè)置訪問權(quán)限為private，那么在子類中也不能訪問這個擴展函數(shù)。

5. 擴展函數(shù)的實際應用

5.1 Utils工具類

在JAVA中，我們習慣將工具類命名成*Utils，例如FileUtils,StringUtils等等，著名的java.util.Collections也是這么實現(xiàn)的。調(diào)用這些方法的時候，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，例如這樣：

// Java
swap(list, binarySearch(list, max(otherList)), max(list));

但是這樣既沒有IDE的自動聯(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中就可以借助擴展函數(shù)來實現(xiàn)啦。

5.2 Android View 膠水代碼

回到最開始的例子，對于Android開發(fā)來說，對findViewById()這個方法一定不會陌生，為了獲取一個View對象，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");
   }
  });
 }
}

我們考慮利用擴展函數(shù)結(jié)合泛型，避免頻繁的類型轉(zhuǎn)換，擴展函數(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類上擴展，可以直接對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") }

通常這些擴展函數(shù)可以放到基類中，根據(jù)擴展函數(shù)的作用域知識，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的強大威力。

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對腳本之家的支持。

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