尝鲜Java 12新特性：switch表达式

Posted 2021-02-05 tjxing

Java 12将在两个月后（2019/3/19）发布，现已进入RDP1阶段，确定加入8个JEP。其中对Java语法的改进是JEP 325: switch表达式。于是我迫不及待，提前感受一下更先进的语言特性。

因为12没有正式发布，本文使用自己编译的OpenJDK。嫌麻烦的话，也可以直接使用官方的ea版本。JEP325是预览(preview)特性，编译运行时需要添加--enable-preview参数。

顾名思义，这个feature是对switch动手脚的。包括两个方面。

1. 简化fall-through规则

下面这样的switch代码我们写过几万遍了

switch (today) {
    case SATURDAY:
    case SUNDAY:
        System.out.println("I‘m happy!");
        break;
    case MONDAY:
    case TUESDAY:
    case WEDNESDAY:
    case THURSDAY:
    case FRIDAY:
        System.out.println("I‘m sad...");
        break;
    default:
        System.out.println("I‘m confused.");
}

这段代码存在的问题是：

1. 内容不符合爱岗敬业的核心价值观（敲黑板！重要！！）
2. 多个条件对应相同代码时（比如MONDAY到FRIDAY），要重复写多个case，冗余且丑陋
3. 每一段代码后面都要有break，一旦忘记就会有编译器检测不到的逻辑错误
4. 变量作用域混乱

第四个问题可能长被忽略。case或者default后面是一连串的语句，而不是代码块（注意，它是没有大括号的）。这种情况下定义的局部变量，其作用域不是case后的部分，而是整个switch结构。因此，下面的代码无法通过编译。

switch (today) {
    case MODAY:
        int x = 1;
        break;
    default:
        int x = 0; //Variable x is already defined in the scope
}

编译器看到的是在一个作用域中存在两个x，非常违背人类的直觉。

上面的四个问题，除了1，剩下的万恶之源就是fall-through规则。即switch结构在找到第一个匹配的case条件后，会顺序执行后面所有case对应的代码，无论是否判断为真。这是40多年前C语言创造后来Java原样照抄的经典语法，但在今天看起来就显得很呆萌了，新的语言也几乎都放弃了fall-through。

好在，尽管后知后觉，从12开始Java开发者也可以选择更简洁清晰的语法了。就像这样

switch (today) {
    case SUNDAY, SATURDAY -> System.out.println("I‘m happy!");
    case MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY -> System.out.println("I‘m happy, too!!");
    default -> System.out.println("I‘m confused.");
}

很容易看出语法的变化，这些变化也解决了上面的四个问题。归纳一下：

1. 程序内容积极向上，体现了新时代的奋斗精神（敲黑板！重要！！）
2. 对应相同动作的多个case合并为一行，代码更简洁
3. 条件和动作之间用->连接，这时fall-through规则失效。匹配到的分支代码执行完后直接跳出，不会继续执行下面的case对应的代码。也就是不需要再为每一个分支写break了。程序更简洁清晰，也更符合人类的直觉。
   需要注意，为了保持向后兼容性，case条件后依然可以使用:，这时fall-through还是有效的，即不能省略原有的break。而一个switch结构里不能混用->和:，否则会有编译错误。
4. 每一个->后面只允许接一个表达式、一个代码块、或者一个throw语句。这样在代码块中定义的局部变量，其作用域就限制在代码块中，而不是蔓延到整个switch结构。逻辑更加清楚了。

2. switch作为表达式(expression)

switch结构一直是一个statement，而从Java 12开始，它也可以用作expression。从学院派的定义理解statement和expression的区别叫人头疼，如果说人话的话，就是switch可以有返回值了。

作为statement的switch没有返回值，所以我们不能写出这样的代码

x = switch (y) { ... }

如果需要根据不同的条件给某个变量赋值，我们以前只能这样做

String word = "";

switch (num) {
    case 1:
        word = "One";
        break;
    case 2:
        word = "Two";
        break;
    default:
        String result = String.format("Other (%d)", num);
        word = result;
}

让人难受的地方有两个。

1. 重复多次地写赋值语句，繁琐且易错。
2. 这段程序的终极目标是为word变量赋值，而赋值前必须在其他的地方初始化word，淡化了二者的逻辑关系，代码也显得琐碎。

从12开始我们可以这样改造代码

String word = switch (num) {
    case 1 -> "One";
    case 2 -> "Two";
    default -> {
        String result = String.format("Other (%d)", num);
        break result;
    }
};

可见，switch成了一个表达式（expression)，它有自己的返回值。每一个分支只需要决定具体的返回值是什么，不需要考虑如何使用这个值。而全程只需要一次赋值操作。代码整体变得更简洁、紧凑、清晰。

而返回值又有两种写法。还记得吗，上一节提到过，->后只能接三样东西：表达式、代码块、throw语句。throw的情况没有返回值，先不管它。另外两种情况：

1. 如果分支只有一个表达式，那么表达式本身就是switch的值，比如上面例子里的"One"和"Two"；
2. 如果分支是一个代码块，比如例子中的default，可以看到Java 12改造了break关键字，可以通过break result的形式返回值。switch并没有抛弃break，而是赋予它更重要的职能。

作为expression的switch也可以使用:，在这种情况下，各个分支必须用break关键字返回值。像这样

String word = switch (num) {
    case 1 : break "One";
    case 2 : break "Two";
    default : {
        String result = String.format("Other (%d)", num);
        break result;
    }
};

上面例子中，case 1和case 2中的break不能省略，否则会有编译错误。

很显然，当switch用作expression时，每一个分支都必须有返回值（或者有throw异常）。我们不能写下面这样的代码

String word = switch (num) {
    case 1 -> "One";
    case 2 -> "Two";
    default -> {
        System.out.println("莫挨老子");
        //错误: switch rule completes without providing a value
    }
};

编译器不知道当num=3的时候应该返回什么，于是它愤怒地抛出了一个错误。

最后要强调，switch在不返回值的时候，还是一个statement。而作为expression并且在一句代码的结尾处时，不要忘了后面的分号！（亲自踩坑，友情提醒）

To be continue...

可能你会觉得这些改进还是小修小改，不值得过分激动。但是，JEP 325是JEP 305: Pattern Matching的依赖。虽然没有最终确定，但或许Pattern Matching会在不久后的几个版本正式引入，到时又将是语言层面的大革命。后续的几个版本还是值得期待的。