Kotlin 之空安全

背景

在 Java 語境下，使用對象總是讓我感到明顯的不安全感，這個對象要判空嗎？這個對象肯定不會為空，不用加判斷了吧？經(jīng)過血淋淋的事實之后，在使用對象之前我總會加上判空處理，如果調(diào)用的層級有點深，代碼就顯得“惡臭”了。

而 Kotlin 提供了嚴格的可為 null 規(guī)則，旨在從我們的代碼中消除 NullPointerException，默認情況下，對象的引用不能包含 null 值。

使用

安全使用

默認情況下，我們創(chuàng)建的所有變量都是不允許為空的，必須給其指定一個值，如果給它賦值為 null，就會報錯。如下：

class NullTest {
    var str: String = null//出錯，默認情況下不能為空

    var name:String ="tandeneck"

    fun assignNull(){
        name = null //出錯，不能賦值為空
    }
}

當然，以上是默認情況下，某些情況下我們允許允許為空的變量，那么這時候就需要 \color{red}{?} 的加持變?yōu)榭煽疹愋?。如下?/p> 

var name:String? = null

但是由此會帶來空指針異常，所以在 Android Studio 如果直接調(diào)用的時候 IDE 會報錯：

class User {
    var name:String = "tandeneck"
}

fun main() {
   var user:User? = null
    println(user.name)
}
//報錯信息：Only safe (?.) or non-null asserted (!!.) calls are allowed on a nullable receiver of type User?

那我們做下判空處理會怎樣？這就要分情況討論了：

情況一：

class MainActivity : AppCompatActivity() {

    var textView: TextView? = null

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_main)
    }

    private fun test() {
        if (textView != null) {
            textView.textSize = 20f
            //上面一行代碼報錯:
            //Smart cast to 'TextView' is impossible,
            // because 'textView' is a mutable property 
            // that could have been changed by this time
        }
    }
}

根據(jù)報錯信息得知是由于 textView 是可變的，在調(diào)用的時候有可能它已經(jīng)變?yōu)榭樟?，因為在多線程情況下，其他線程是有可能把它變?yōu)榭盏摹?/p>

那啥，我們把它改為不可變的不就行了嗎？即把 var 改為 val，如下：

 val textView: TextView? = null

這樣報錯是不會報錯了，但是沒有意義，因為 textView 不能被重新賦值，永遠是空的。

情況二：

class MainActivity : AppCompatActivity() {
    
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_main)
    }

    private fun test() {
        var textView: TextView? = null
        if (textView != null) {
            textView.textSize = 20f
            //上面一行代碼不會報錯
        }
    }
}

不會報錯的原因是 textView 是一個局部變量，保證了調(diào)用時不會有另一個線程改變它的值。

其實，Kotlin 提供了很方便的機制，\color{red}{?.}

textView?.textSize = 20f

這個寫法同樣會對變量做一次非空確認之后再調(diào)用方法，并且它可以做到線程安全，這種寫法叫做 Safe Call。

\color{red}{!!} 操作符

除此之外，還有一種雙感嘆號 !! 的用法：

 textView!!.textSize = 20f

這種寫法叫做 non-null asserted call，即非空斷言，如果為空的情況則會拋出異常，因此慎用。

Elvis 操作符，（\color{red}{?:}）

Elvis 操作符能夠大大簡化 if-else 表達式，如下：

fun main() {
    var b: String? = "length"http://定義了一個可能為null的字符串變量str
    val length1: Int = if (b != null) b.length else 0
    val length2: Int = b?.length ?: 0
}
安全類型轉(zhuǎn)換, \color{red}{as?}

Kotlin 可以使用 as 關(guān)鍵字來進行類型轉(zhuǎn)換，如果對象不是目標類型，那么類型轉(zhuǎn)換可能會導致 ClassCastException。這時哦我們選擇 as? ,如果嘗試轉(zhuǎn)換不成功則會返回 null：

fun main() {
    var str = "string"
    val num: Int? = str as? Int
    println(num)
    //輸出 null
}

原理

了解空安全的使用之后，下面讓我們來看看其背后的原理，做到知其所以然。以下面的代碼為例：

fun test1(str: String) = str.toUpperCase()
fun test2(str: String?) = str?.toUpperCase()
fun test3(str: String?) = str!!.toUpperCase()

然后我們查看它們對應的字節(jié)碼，操作方法：Tools -> Kotlin -> Show Kotlin Bytecode，然后點擊 Decompile 反編譯字節(jié)碼得到以下代碼：

public final class TestKt {
   @NotNull
   public static final String test1(@NotNull String str) {
      Intrinsics.checkParameterIsNotNull(str, "str");
      boolean var2 = false;
      String var10000 = str.toUpperCase();
      Intrinsics.checkExpressionValueIsNotNull(var10000, "(this as java.lang.String).toUpperCase()");
      return var10000;
   }

   @Nullable
   public static final String test2(@Nullable String str) {
      String var10000;
      if (str != null) {
         boolean var2 = false;
         if (str == null) {
            throw new TypeCastException("null cannot be cast to non-null type java.lang.String");
         }

         var10000 = str.toUpperCase();
         Intrinsics.checkExpressionValueIsNotNull(var10000, "(this as java.lang.String).toUpperCase()");
      } else {
         var10000 = null;
      }

      return var10000;
   }

   @NotNull
   public static final String test3(@Nullable String str) {
      if (str == null) {
         Intrinsics.throwNpe();
      }

      boolean var2 = false;
      if (str == null) {
         throw new TypeCastException("null cannot be cast to non-null type java.lang.String");
      } else {
         String var10000 = str.toUpperCase();
         Intrinsics.checkExpressionValueIsNotNull(var10000, "(this as java.lang.String).toUpperCase()");
         return var10000;
      }
   }
}

我們先看 test1 方法：
首先給參數(shù) str 加上 @NotNull 注解
然后調(diào)用 Intrinsics.checkParameterIsNotNull(str, "str") 方法，其實現(xiàn)如下：

    public static void checkParameterIsNotNull(Object value, String paramName) {
        if (value == null) {
            throwParameterIsNullException(paramName);
        }
    }
    
    private static void throwParameterIsNullException(String paramName) {
        StackTraceElement[] stackTraceElements = Thread.currentThread().getStackTrace();

        // #0 Thread.getStackTrace()
        // #1 Intrinsics.throwParameterIsNullException
        // #2 Intrinsics.checkParameterIsNotNull
        // #3 our caller
        StackTraceElement caller = stackTraceElements[3];
        String className = caller.getClassName();
        String methodName = caller.getMethodName();

        IllegalArgumentException exception =
                new IllegalArgumentException("Parameter specified as non-null is null: " +
                                             "method " + className + "." + methodName +
                                             ", parameter " + paramName);
        throw sanitizeStackTrace(exception);
    }

如果參數(shù)為空，則會拋出異常。

最后調(diào)用 toUpperCase() 方法并返回結(jié)果。

test2 方法與 test1 不同的地方是注解變?yōu)?@Nullable，傳入的參數(shù)為 null 情況則會返回 null，否則調(diào)用相應的方法。

test3 方法判斷參數(shù)為空時會直接拋出空指針異常，否則調(diào)用相應的邏輯。

由此，我們知道 Kotlin 空安全背后的原理：

  • 1.非空類型的屬性編譯器添加@NotNull注解，可空類型添加@Nullable注解；
  • 2.非空類型直接對參數(shù)進行判空，如果為空直接拋出異常；
  • 3.可空類型，如果是?.判空，不空才執(zhí)行后續(xù)代碼，否則返回null；如果是!!，空的話直接拋出NPE異常。

注意事項

Kotlin 并不是絕對的空安全，以下情況不做特殊處理可能會拋出空指針異常：

  • 使用前面提到的 !! 操作符，
  • 與 Java 互操作，如下：
public class User {

    public Student student;

    public static final class Student {
        public String name;
    }
}

fun main() {
    fun printStudentName(user: User) {
        println(user.student.name)
    }

    printStudentName(User())
    //報空指針異常
}

解決的方法也比較簡單：

    fun printStudentName(user: User) {
        println(user.student?.name)
        //這樣就輸出 null，而不是報異常了
    }

總結(jié)

Kotlin 空安全能幫助我們編寫高效安全的代碼，了解它背后的原理能使我們運用得更加順手。同時，也要注意一些坑，保證代碼的穩(wěn)健性。

參考

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