一文吃透 Kotlin 中眼花缭乱的函数家族...

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了一文吃透 Kotlin 中眼花缭乱的函数家族...相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

料想 Kotlin 开发者对于其庞大繁杂的函数家族必深有感触：包括但不限于简化函数、lambda 表达式、匿名函数、高阶函数、扩展函数、内联函数、闭包、顶层函数、局部函数、运算符重载函数等。

细看这些叫法，貌似用都会用。但要论其个中区别乃至实现原理，则难以说得明白。本文将通过格式、用法和反编译后的代码对这些函数进行整体地盘点和对比，期望能为大家理清这些函数之间的关系。

目录前瞻：

  1. 简化函数
  2. lambda 表达式和匿名函数
  3. 高阶函数
  4. 扩展函数和扩展属性
  5. 内联函数
  6. 闭包
  7. 顶层函数
  8. 局部函数
  9. 运算符重载函数
    结语

1. 简化函数

Kotlin 中定义方法的时候，如果函数体是单个表达式，可以进行函数简化。

fun generateAnswerString(count: Int, countThreshold: Int): String 
    return if (count > countThreshold) 
        "I have the answer."
     else 
        "The answer eludes me."

简化的形式是直接赋值：不仅可以省略花括号，还可以省略返回类型以及 return 关键字。

这样子的写法很接近于日常表达习惯，简单明了～

fun generateAnswerString(count: Int, countThreshold: Int) =
    if (count > countThreshold) 
         "I have the answer"
     else 
         "The answer eludes me"

反编译之后发现其采用的三元运算符的写法。

@NotNull
public final String generateAnswerString(int count, int countThreshold) 
    return count > countThreshold ? "I have the answer." : "The answer eludes me.";

2. lambda 表达式和匿名函数

Kotlin 中并不要求函数都拥有名称，只声明其必要的输入类型、输出类型以及表达式即可完成函数的定义。

比如：String 即为输入参数类型，Int 为输出类型，花括号内为 lambda 表达式：

  • it 是隐式参数名称，也可任意拟定，比如这里用 input 指定。如果不需要参数的话也可以省略
  • 如果有不需要的参数一般用下划线_取代其名称
  • input.length 为计算逻辑以及表达式返回值
    (String) -> Int =  input ->
        input.length

但没有名称的函数无法直接调用，我们还得为这个匿名函数指定函数引用，使其可以像属性一样被传递、被灵活调用。

val stringLengthFunc: (String) -> Int =  input ->
        input.length

定义了名为 stringLength 的函数引用后，函数没有真正的执行，还需要后续的调用。比如：

val stringLength: Int = stringLengthFunc("android")

反编译看下：

stringLengthFunc 的函数引用事实上是 Kotlin 中预设的 Function1 接口的实现变量，函数的调用会 invoke 到 Function1 的实现体，即包装了真实表达式的逻辑。

public final class Test 
   @NotNull
   private final Function1 stringLengthFunc;
   ...

   public Test() 
      this.stringLength = ((Number)this.stringLengthFunc.invoke("Android")).intValue();

需要留意的是匿名函数当然可以像普通函数一样无参数、无返回值。无参数的时候 () 内留空即可，无返回值的话返回类型写作 Unit。

    val printTime: () -> Unit = 
        Log.d("Test", "current:$System.currentTimeMillis()")

既然匿名函数既然可以像属性一样传递，那么自然可以作为参数传递给其他函数，这就要引出下个话题：高阶函数。

在高阶函数调用的场景里还可以见到匿名函数的另一种形式：无需实例化，直接将函数体传入。

3. 高阶函数

高阶函数是将函数用作参数或返回值的函数。支持高阶函数是 Kotlin 函数式编程的一大特性，这在 Kotlin 源码中有大量的使用。

函数作为参数

Kotlin 中函数执行的时候如果需要回调参数继续处理，则无需像 Java 那样定义接口，而是直接将函数作为参数传入。

如下的 stringMapper 即为高阶函数，mapper 即为函数参数的引用名称。

class Temp 
    fun stringMapper(input: String, mapper: (String) -> Int): Int 
        return mapper(input)

匿名函数参数

首先这个函数参数的传入可以是匿名函数的引用，比如：

class Temp 
    val stringLengthFunc: (String) -> Int = 
        input -> input.length
    
    ...
    fun main() 
        stringMapper("Android", stringLengthFunc)

当然，如果不实例化匿名函数也是可以的，在使用函数的时候将lambda 表达式直接传入，等待调用。

class Temp 
    ...
    fun main() 
		stringMapper("Android",  input ->
            input.length 
        )

如果传入的 lambda 表达式是最后一个参数的话，可单独拎出，更加简洁。

class Temp 
    ...
    fun main() 
        stringMapper("Android"
        )  input ->
            input.length

如果高阶函数只有一个函数参数的话，调用的时候可直接省略圆括号。

class Temp 
    val temp = "ddd"

    fun stringMapperNew(mapper: (String) -> Int): Int 
        return mapper(temp)
    

    fun main() 
        stringMapperNew  input ->
            input.length

反编译后可以看到高阶函数的函数参数实际传入的 Function1 接口的实例，函数参数的执行也是接口的回调。

   public final int stringMapper(@NotNull String input, @NotNull Function1 mapper) 
      ...
      return ((Number)mapper.invoke(input)).intValue();

具名函数参数

除了传入匿名函数的方法体或引用，还可以传入普通函数的名称作为参数。

写法稍稍不同，::functionName 的形式。

class Temp 
    private fun stringLengthInner(input: String) = input.length

    fun main() 
        stringMapper("Android", ::stringLengthInner)

函数作为返回值

如果函数并非想要知道处理结果，只想获得处理方法的话，可以将返回值定义成匿名函数的规格，并在 return 里写上匿名函数的实现。

    fun stringMapperFunction(input: String): (String) -> Int 
        return 
            val newString = input.substring(
                input.indexOf("start")
            )
            newString.length

同样的看下实现，即返回的类型是 Function1 接口，结果是实现该接口的匿名内部类。

   @NotNull
   public final Function1 stringMapperFunction(@NotNull final String input) 
      Intrinsics.checkNotNullParameter(input, "input");
      return (Function1)(new Function1() 
         public Object invoke(Object var1) 
            return this.invoke((String)var1);
         

         public final int invoke(@NotNull String it) 
            Intrinsics.checkNotNullParameter(it, "it");
            String var3 = input;
            int var4 = StringsKt.indexOf$default((CharSequence)input, "start", 0, false, 6, (Object)null);
            String var10000 = var3.substring(var4);
            Intrinsics.checkNotNullExpressionValue(var10000, "this as java.lang.String).substring(startIndex)");
            String newString = var10000;
            return newString.length();
         
      );

与 let 等函数的关系

let 等函数是结合了 inline 函数、扩展函数的高阶函数，以 let 为例看下源码：

@kotlin.internal.InlineOnly
public inline fun <T, R> T.let(block: (T) -> R): R 
    contract 
        callsInPlace(block, InvocationKind.EXACTLY_ONCE)
    
    return block(this)

可以看到：

  • 其实是 T 类型的扩展函数，接受引用名称为 block 、参数类型为 T、返回类型为 R 的匿名函数
  • 函数本身又返回和匿名函数参数相同的 R 类型
  • 方法体内构建完 contract 之后即调用 block 函数并返回

这样的话，任意对象调用该函数传入的方法体，将拥有等同于对象本身的参数。正如前面所说，lambda 表达式默认用 it 作为其默认引用（当然也可以自定义参数名称），并且 let 方法最终返回的就是方法体的返回类型。

    fun main() 
        val lastResult = stringMapper( ... ).let 
                it -> "$it-done"

既然 let 能接受匿名函数体，自然也可以接受具名函数传入。

class Test 
    private fun stringLengthInner2(input: Int) = "$input-done"

    fun main() 
        val lastResult2 = stringMapper( ... ).let(::stringLengthInner2)

除了 let，再瞅一眼 also 函数的源码，进行些对比以加深理解：

@kotlin.internal.InlineOnly
@SinceKotlin("1.1")
public inline fun <T> T.also(block: (T) -> Unit): T 
    contract 
        callsInPlace(block, InvocationKind.EXACTLY_ONCE)
    
    block(this)
    return this

通过观察其定义，不难理解，also 函数将拥有如下特性：

  • 方法体将拥有和 let 一样的 it 参数
  • 但方法体不存在返回值，即和 let 不同，最后一个表达式的结果无法被 also 直接沿用
  • 而且 also 函数返回的是执行函数的对象本身

inline 函数和扩展函数的原理将会在后面阐述，作为高级、匿名函数部分的原理比较简单，就是按照 let 等源码的顺序调用匿名函数并按约定返回相应类型即可。

4. 扩展函数和扩展属性

扩展函数

Kotlin 可以实现扩展一个类的新功能而无需继承该类。 比如可以为一个不能修改的第三方库中的类编写一个新的函数， 这个新增的函数就像那个原始类本来就有的函数一样，可以用普通的方法调用。 这种机制称为扩展函数。

来看一个典型的扩展函数写法：

fun String.lastChar(): Char = this[length - 1]
  • String. 表示扩展的目标类
  • lastChar 即函数名
  • Char 即函数返回类型
  • this 代表当前类的实例，并非必须、可省略
  • […] 即函数体

在 Kotlin 和 Java 中不同的调用方法

Kotlin 中直接调用：

class Test 
    ...
    fun main() 
        ...
        Log.d("test", "last char:$"Ellison".lastChar()")
    


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

Java 中则是像静态类一样调用该扩展方法，要注意两点：

  1. Java 中当镜头方法调用它，类名为扩展函数所存在的 Kt 文件名 + Kt。此处即为 TestKt
  2. 调用函数传入的第一个参数为实例，其后为函数参数
public class TestJava 
    static void main(String[] args) 
        Log.d("test", "last char" + TestKt.lastChar("Ellison"));

泛型扩展函数

对于泛型类的也可以拥有扩展函数，只不过需要在声明的函数前指定泛型，否则无法扩展成功。

比如给 MutableMap 添加新的函数：

fun <K, V>  MutableMap<K, V> .putLast(): V? 
    ...

与 apply 等函数的关系

以 apply 函数，了解下源码中扩展函数的应用：

public inline fun <T> T.apply(block: T.() -> Unit): T 
    contract 
        callsInPlace(block, InvocationKind.EXACTLY_ONCE)
    
    block()
    return this

apply 和 let 等函数一样是扩展自任意类型对象的函数，因为泛型的缘故在函数前添加了 <T> 的声明、block 参数的 T.()->Unit 指的是带有指向 T 实例的 this 的参数并无返回值。

T.()->Unit 这种带有接收者的参数形式被称为函数字面值，其和扩展函数的形式有点像，但并不是。通过反编译之后会发现它仍然属于匿名函数的范畴，通过 Function2 接口实现，只不过传入的参数是 T 其本身。

apply 函数返回 T 类型，内部则是调用 block() 传入 T 对象，进行处理之后，返回对象本身。

从如下的 run 函数的源码可以看出与 apply 之间的区别：其函数参数和返回值均是 R 类型，这将导致像 let 和 also 一样的不同点：

  • apply 总是返回的是对象本身
  • run 返回的是函数结果
public inline fun <T, R> T.run(block: T.() -> R): R 
    contract 
        callsInPlace(block, InvocationKind.EXACTLY_ONCE)
    
    return block()

扩展属性

扩展属性提供了一种方法能通过属性语法进行访问的 API 来扩展。尽管它们被叫做属性，但是它们不能拥有任何状态，它不能添加额外的字段到现有的 Java 对象实例。

比如下面的为 List 添加一个 last 属性用于获取列表的最后一个元素，this 可以省略。注意：泛型仍要声明在扩展属性前。

val <T> List<T>.last: T get() = get(size - 1)

val listString = listOf("Android Q", "Android N", "Android M") 

fun main()         
    println("listString.last$listString.last")

与 KTX 的关系

KTX 是专门为 Android 库设计的 Kotlin 扩展程序，以提供简洁易用的 Kotlin 代码，其中部分 KTX 采用了扩展属性的写法，比如 viewModelScope。

它向 ViewModel 类扩展了 viewModelScope 属性，供 ViewModel 中便捷地使用 CoroutineScope：绑定至 Dispatchers.Main，并且会在清除 ViewModel 后自动取消。

public val ViewModel.viewModelScope: CoroutineScope
    get() 
        val scope: CoroutineScope? = this.getTag(JOB_KEY)
        if (scope != null) 
            return scope
        
        return setTagIfAbsent(
            JOB_KEY,
            CloseableCoroutineScope(SupervisorJob() + Dispatchers.Main.immediate)
        )

伴生对象扩展函数和属性

如果一个类定义了伴生对象，那么我们也可以为伴生对象定义扩展函数与属性，并且就可以和伴生对象一样使用类名直接访问：

class Job 
    companion object 


class Test 
    fun main() 
        Job.print("Extension for Companion object.")
    


fun Job.Companion.print(summary: String) 
    Log.d("Test", "Job:$summary")

原理

看下上述 String.lastChar() 扩展函数反编译后的代码:

即在 TestKt Class 内生成了同名的静态函数，接收的参数即为目标 Class 即 String 实例，内部将调用扩展函数的函数体。

public final class TestKt 
   public static final char lastChar(@NotNull String $this$lastChar) 
      Intrinsics.checkNotNullParameter($this$lastChar, "$this$lastChar");
      return $this$lastChar.charAt($this$lastChar.length() - 1);

再看下 viewModelScope KTX 的反编译来研究下扩展属性的原理：

同样在 XXXKt 的 ViewModelKt Class 内生成了静态方法，不过名称为 getXXX 形式，其接收的参数为 ViewModel 实例，内部执行 get() 的逻辑并返回。

public final class ViewModelKt 
   @NotNull
   public static final CoroutineScope getViewModelScope(@NotNull ViewModel $this$viewModelScope) 
      Intrinsics.checkNotNullParameter($this$viewModelScope, "$this$viewModelScope");
      CoroutineScope scope = (CoroutineScope)$this$viewModelScope.getTag("androidx.lifecycle.ViewModelCoroutineScope.JOB_KEY");
      if (scope != null) 
         return scope;
       else 
         Object var10000 = $this$viewModelScope.setTagIfAbsent("androidx.lifecycle.ViewModelCoroutineScope.JOB_KEY", new CloseableCoroutineScope(SupervisorKt.SupervisorJob$default((Job)null, 1, (Object)null).plus((CoroutineContext)Dispatchers.getMain().getImmediate())));
         Intrinsics.checkNotNullExpressionValue(var10000, "setTagIfAbsent(\\n        …Main.immediate)\\n        )");
         return (CoroutineScope)var10000;

不要滥用

扩展函数、扩展属性虽好但不要滥用，因为会造成一些弊端：

  • 扩展函数无法像普通函数那样进行函数引用
  • 多个接受者隐式的访问可能会令人困惑
  • 当修改引用接受者的时候，不清楚是修改的是扩展接受者还是调度接受者
  • 对于经验较少的开发人员来说，看到成员扩展可能是违反直觉，可读性很差

具体的可以参考避免滥用 Kotlin 扩展函数文章的描述。

5. 内联函数

inline 函数在调用它的地方，会把这个函数方法体中的所以代码移动到调用的地方，而不是通过方法间压栈进栈的方式。一定程度上可以代码效率。

比如如下的代码：

class TestInline 
    fun test() 
        highLevelFunction("Android") 
            it.length
        
    

    private fun highLevelFunction(input: String, mapper: (String) -> Int): Int 
        Log.d("TestInline", "highLevelFunction input:$input")
        return mapper(input)

highLevelFunction 函数没有添加 inline 的话，反编译之后可以看到 test 函数调用 highLevelFunction 的时候传入了 Function1 接口实例。

public final class TestInline 
   public final void test() 
      this.highLevelFunction(一文吃透 Kotlin 中眼花缭乱的函数家族...


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