Java 语法糖详解
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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Java 语法糖详解相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
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语法糖(Syntactic Sugar),也称糖衣语法,是由英国计算机学家 Peter.J.Landin 发明的一个术语,指在计算机语言中添加的某种语法,这种语法对语言的功能并没有影响,但是更方便程序员使用。
本 Chat 从 Java 编译原理角度,深入字节码及 class 文件,抽丝剥茧,了解 Java 中的语法糖原理及用法,帮助大家在学会如何使用 Java 语法糖的同时,了解这些语法糖背后的原理,主要内容如下:
什么是语法糖
糖块一 —— switch 支持 String 与枚举
糖块二 —— 泛型与类型擦除
糖块三 —— 自动装箱与拆箱
……
糖块十一 —— try-with-resource
糖块十二 —— lambda 表达式
糖衣炮弹 —— 语法糖使用过程中需要注意的点
语法糖
语法糖(Syntactic Sugar),也称糖衣语法,是由英国计算机学家 Peter.J.Landin 发明的一个术语,指在计算机语言中添加的某种语法,这种语法对语言的功能并没有影响,但是更方便程序员使用。简而言之,语法糖让程序更加简洁,有更高的可读性。
有意思的是,在编程领域,除了语法糖,还有语法盐和语法糖精的说法,篇幅有限这里不做扩展了。
我们所熟知的编程语言中几乎都有语法糖。作者认为,语法糖的多少是评判一个语言够不够牛逼的标准之一。很多人说Java是一个“低糖语言”,其实从Java 7开始Java语言层面上一直在添加各种糖,主要是在“Project Coin”项目下研发。尽管现在Java有人还是认为现在的Java是低糖,未来还会持续向着“高糖”的方向发展。
解语法糖
前面提到过,语法糖的存在主要是方便开发人员使用。但其实,Java虚拟机并不支持这些语法糖。这些语法糖在编译阶段就会被还原成简单的基础语法结构,这个过程就是解语法糖。
说到编译,大家肯定都知道,Java语言中,javac
命令可以将后缀名为.java
的源文件编译为后缀名为.class
的可以运行于Java虚拟机的字节码。如果你去看com.sun.tools.javac.main.JavaCompiler
的源码,你会发现在compile()
中有一个步骤就是调用desugar()
,这个方法就是负责解语法糖的实现的。
Java 中最常用的语法糖主要有泛型、变长参数、条件编译、自动拆装箱、内部类等。本文主要来分析下这些语法糖背后的原理。一步一步剥去糖衣,看看其本质。
糖块一、 switch 支持 String 与枚举
前面提到过,从Java 7 开始,Java语言中的语法糖在逐渐丰富,其中一个比较重要的就是Java 7中switch
开始支持String
。
在开始coding之前先科普下,Java中的swith
自身原本就支持基本类型。比如int
、char
等。对于int
类型,直接进行数值的比较。对于char
类型则是比较其ascii码。所以,对于编译器来说,switch
中其实只能使用整型,任何类型的比较都要转换成整型。比如byte
。short
,char
(ackii码是整型)以及int
。
那么接下来看下switch
对String
得支持,有以下代码:
public class switchDemoString
public static void main(String[] args)
String str = "world";
switch (str)
case "hello":
System.out.println("hello");
break;
case "world":
System.out.println("world");
break;
default:
break;
反编译后内容如下:
public class switchDemoString
public switchDemoString()
public static void main(String args[])
String str = "world";
String s;
switch((s = str).hashCode())
default:
break;
case 99162322:
if(s.equals("hello"))
System.out.println("hello");
break;
case 113318802:
if(s.equals("world"))
System.out.println("world");
break;
看到这个代码,你知道原来字符串的switch是通过equals()
和hashCode()
方法来实现的。还好hashCode()
方法返回的是int
,而不是long
。
仔细看下可以发现,进行
switch
的实际是哈希值,然后通过使用equals
方法比较进行安全检查,这个检查是必要的,因为哈希可能会发生碰撞。因此它的性能是不如使用枚举进行switch或者使用纯整数常量,但这也不是很差。
糖块二、 泛型
我们都知道,很多语言都是支持泛型的,但是很多人不知道的是,不同的编译器对于泛型的处理方式是不同的,通常情况下,一个编译器处理泛型有两种方式:Code specialization
和Code sharing
。C++和C#是使用Code specialization
的处理机制,而Java使用的是Code sharing
的机制。
Code sharing方式为每个泛型类型创建唯一的字节码表示,并且将该泛型类型的实例都映射到这个唯一的字节码表示上。将多种泛型类形实例映射到唯一的字节码表示是通过类型擦除(
type erasue
)实现的。
也就是说,对于Java虚拟机来说,他根本不认识Map<String, String> map
这样的语法。需要在编译阶段通过类型擦除的方式进行解语法糖。
类型擦除的主要过程如下:
1.将所有的泛型参数用其最左边界(最顶级的父类型)类型替换。
2.移除所有的类型参数。
以下代码:
Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
map.put("name", "hollis");
map.put("wechat", "Hollis");
map.put("blog", "www.hollischuang.com");
解语法糖之后会变成:
Map map = new HashMap();
map.put("name", "hollis");
map.put("wechat", "Hollis");
map.put("blog", "www.hollischuang.com");
以下代码:
public static <A extends Comparable<A>> A max(Collection<A> xs)
Iterator<A> xi = xs.iterator();
A w = xi.next();
while (xi.hasNext())
A x = xi.next();
if (w.compareTo(x) < 0)
w = x;
return w;
类型擦除后会变成:
public static Comparable max(Collection xs)
Iterator xi = xs.iterator();
Comparable w = (Comparable)xi.next();
while(xi.hasNext())
Comparable x = (Comparable)xi.next();
if(w.compareTo(x) < 0)
w = x;
return w;
虚拟机中没有泛型,只有普通类和普通方法,所有泛型类的类型参数在编译时都会被擦除,泛型类并没有自己独有的Class
类对象。比如并不存在List<String>.class
或是List<Integer>.class
,而只有List.class
。
糖块三、 自动装箱与拆箱
自动装箱就是Java自动将原始类型值转换成对应的对象,比如将int的变量转换成Integer对象,这个过程叫做装箱,反之将Integer对象转换成int类型值,这个过程叫做拆箱。因为这里的装箱和拆箱是自动进行的非人为转换,所以就称作为自动装箱和拆箱。原始类型byte, short, char, int, long, float, double 和 boolean 对应的封装类为Byte, Short, Character, Integer, Long, Float, Double, Boolean。
先来看个自动装箱的代码:
public static void main(String[] args)
int i = 10;
Integer n = i;
反编译后代码如下:
public static void main(String args[])
int i = 10;
Integer n = Integer.valueOf(i);
再来看个自动拆箱的代码:
public static void main(String[] args)
Integer i = 10;
int n = i;
反编译后代码如下:
public static void main(String args[])
Integer i = Integer.valueOf(10);
int n = i.intValue();
从反编译得到内容可以看出,在装箱的时候自动调用的是Integer
的valueOf(int)
方法。而在拆箱的时候自动调用的是Integer
的intValue
方法。
所以,装箱过程是通过调用包装器的valueOf方法实现的,而拆箱过程是通过调用包装器的 xxxValue方法实现的。
糖块四 、 方法变长参数
可变参数(variable arguments
)是在Java 1.5中引入的一个特性。它允许一个方法把任意数量的值作为参数。
看下以下可变参数代码,其中print方法接收可变参数:
public static void main(String[] args)
System.out.print("Holis", "公众号:Hollis", "博客:www.hollischuang.com", "QQ:907607222");
public static void print(String... strs)
for (int i = 0; i < strs.length; i++)
System.out.println(strs[i]);
反编译后代码:
public static void main(String args[])
print(new String[]
"Holis", "\\u516C\\u4F17\\u53F7:Hollis", "\\u535A\\u5BA2\\uFF1Awww.hollischuang.com", "QQ\\uFF1A907607222"
);
public static transient void print(String strs[])
for(int i = 0; i < strs.length; i++)
System.out.println(strs[i]);
从反编译后代码可以看出,可变参数在被使用的时候,他首先会创建一个数组,数组的长度就是调用该方法是传递的实参的个数,然后再把参数值全部放到这个数组当中,然后再把这个数组作为参数传递到被调用的方法中。
PS:反编译后的print方法声明中有一个transient标识,是不是很奇怪?transient不是不可以修饰方法吗?transient不是和序列化有关么?transient在这里的作用是什么?因为这个与本文关系不大,这里不做深入分析了。相了解的同学可以关注我微信公众号或者博客。
糖块五 、 枚举
Java SE5提供了一种新的类型-Java的枚举类型,关键字enum
可以将一组具名的值的有限集合创建为一种新的类型,而这些具名的值可以作为常规的程序组件使用,这是一种非常有用的功能。
要想看源码,首先得有一个类吧,那么枚举类型到底是什么类呢?是enum
吗?答案很明显不是,enum
就和class
一样,只是一个关键字,他并不是一个类,那么枚举是由什么类维护的呢,我们简单的写一个枚举:
public enum t
SPRING,SUMMER;
然后我们使用反编译,看看这段代码到底是怎么实现的,反编译后代码内容如下:
public final class T extends Enum
private T(String s, int i)
super(s, i);
public static T[] values()
T at[];
int i;
T at1[];
System.arraycopy(at = ENUM$VALUES, 0, at1 = new T[i = at.length], 0, i);
return at1;
public static T valueOf(String s)
return (T)Enum.valueOf(demo/T, s);
public static final T SPRING;
public static final T SUMMER;
private static final T ENUM$VALUES[];
static
SPRING = new T("SPRING", 0);
SUMMER = new T("SUMMER", 1);
ENUM$VALUES = (new T[]
SPRING, SUMMER
);
通过反编译后代码我们可以看到,public final class T extends Enum
,说明,该类是继承了Enum
类的,同时final
关键字告诉我们,这个类也是不能被继承的。当我们使用enmu
来定义一个枚举类型的时候,编译器会自动帮我们创建一个final
类型的类继承Enum
类,所以枚举类型不能被继承。
糖块六 、 内部类
内部类又称为嵌套类,可以把内部类理解为外部类的一个普通成员。
内部类之所以也是语法糖,是因为它仅仅是一个编译时的概念,outer.java
里面定义了一个内部类inner
,一旦编译成功,就会生成两个完全不同的.class
文件了,分别是outer.class
和outer$inner.class
。所以内部类的名字完全可以和它的外部类名字相同。
public class OutterClass
private String userName;
public String getUserName()
return userName;
public void setUserName(String userName)
this.userName = userName;
public static void main(String[] args)
class InnerClass
private String name;
public String getName()
return name;
public void setName(String name)
this.name = name;
以上代码编译后会生成两个class文件:OutterClass$InnerClass.class
、OutterClass.class
。当我们尝试对OutterClass.class
文件进行反编译的时候,命令行会打印以下内容:Parsing OutterClass.class...Parsing inner class OutterClass$InnerClass.class... Generating OutterClass.jad
。他会把两个文件全部进行反编译,然后一起生成一个OutterClass.jad
文件。文件内容如下:
public class OutterClass
class InnerClass
public String getName()
return name;
public void setName(String name)
this.name = name;
private String name;
final OutterClass this$0;
InnerClass()
this.this$0 = OutterClass.this;
super();
public OutterClass()
public String getUserName()
return userName;
public void setUserName(String userName)
this.userName = userName;
public static void main(String args1[])
private String userName;
糖块七 、条件编译
—般情况下,程序中的每一行代码都要参加编译。但有时候出于对程序代码优化的考虑,希望只对其中一部分内容进行编译,此时就需要在程序中加上条件,让编译器只对满足条件的代码进行编译,将不满足条件的代码舍弃,这就是条件编译。
如在C或CPP中,可以通过预处理语句来实现条件编译。其实在Java中也可实现条件编译。我们先来看一段代码:
public class ConditionalCompilation
public static void main(String[] args)
final boolean DEBUG = true;
if(DEBUG)
System.out.println("Hello, DEBUG!");
final boolean ONLINE = false;
if(ONLINE)
System.out.println("Hello, ONLINE!");
反编译后代码如下:
public class ConditionalCompilation
public ConditionalCompilation()
public static void main(String args[])
boolean DEBUG = true;
System.out.println("Hello, DEBUG!");
boolean ONLINE = false;
首先,我们发现,在反编译后的代码中没有System.out.println("Hello, ONLINE!");
,这其实就是条件编译。当if(ONLINE)
为false的时候,编译器就没有对其内的代码进行编译。
所以,Java语法的条件编译,是通过判断条件为常量的if语句实现的。其原理也是Java语言的语法糖。根据if判断条件的真假,编译器直接把分支为false的代码块消除。通过该方式实现的条件编译,必须在方法体内实现,而无法在正整个Java类的结构或者类的属性上进行条件编译,这与C/C++的条件编译相比,确实更有局限性。在Java语言设计之初并没有引入条件编译的功能,虽有局限,但是总比没有更强。
糖块八 、 断言
在Java中,assert
关键字是从JAVA SE 1.4 引入的,为了避免和老版本的Java代码中使用了assert
关键字导致错误,Java在执行的时候默认是不启动断言检查的(这个时候,所有的断言语句都将忽略!),如果要开启断言检查,则需要用开关-enableassertions
或-ea
来开启。
看一段包含断言的代码:
public class AssertTest
public static void main(String args[])
int a = 1;
int b = 1;
assert a == b;
System.out.println("公众号:Hollis");
assert a != b : "Hollis";
System.out.println("博客:www.hollischuang.com");
反编译后代码如下:
public class AssertTest
public AssertTest()
public static void main(String args[])
int a = 1;
int b = 1;
if(!$assertionsDisabled && a != b)
throw new AssertionError();
System.out.println("\\u516C\\u4F17\\u53F7\\uFF1AHollis");
if(!$assertionsDisabled && a == b)
throw new AssertionError("Hollis");
else
System.out.println("\\u535A\\u5BA2\\uFF1Awww.hollischuang.com");
return;
static final boolean $assertionsDisabled = !com/hollis/suguar/AssertTest.desiredAssertionStatus();
很明显,反编译之后的代码要比我们自己的代码复杂的多。所以,使用了assert这个语法糖我们节省了很多代码。其实断言的底层实现就是if语言,如果断言结果为true,则什么都不做,程序继续执行,如果断言结果为false,则程序抛出AssertError来打断程序的执行。-enableassertions
会设置$assertionsDisabled字段的值。
糖块九 、 数值字面量
在java 7中,数值字面量,不管是整数还是浮点数,都允许在数字之间插入任意多个下划线。这些下划线不会对字面量的数值产生影响,目的就是方便阅读。
比如:
public class Test
public static void main(String... args)
int i = 10_000;
System.out.println(i);
反编译后:
public class Test
public static void main(String[] args)
int i = 10000;
System.out.println(i);
反编译后就是把_
删除了。也就是说 编译器并不认识在数字字面量中的_
,需要在编译阶段把他去掉。
糖块十 、 for-each
增强for循环(for-each
)相信大家都不陌生,日常开发经常会用到的,他会比for循环要少写很多代码,那么这个语法糖背后是如何实现的呢?
public static void main(String... args)
String[] strs = "Hollis", "公众号:Hollis", "博客:www.hollischuang.com";
for (String s : strs)
System.out.println(s);
List<String> strList = ImmutableList.of("Hollis", "公众号:Hollis", "博客:www.hollischuang.com");
for (String s : strList)
System.out.println(s);
反编译后代码如下:
public static transient void main(String args[])
String strs[] =
"Hollis", "\\u516C\\u4F17\\u53F7\\uFF1AHollis", "\\u535A\\u5BA2\\uFF1Awww.hollischuang.com"
;
String args1[] = strs;
int i = args1.length;
for(int j = 0; j < i; j++)
String s = args1[j];
System.out.println(s);
List strList = ImmutableList.of("Hollis", "\\u516C\\u4F17\\u53F7\\uFF1AHollis", "\\u535A\\u5BA2\\uFF1Awww.hollischuang.com");
String s;
for(Iterator iterator = strList.iterator(); iterator.hasNext(); System.out.println(s))
s = (String)iterator.next();
代码很简单,for-each的实现原理其实就是使用了普通的for循环和迭代器。
糖块十一 、 try-with-resource
Java里,对于文件操作IO流、数据库连接等开销非常昂贵的资源,用完之后必须及时通过close方法将其关闭,否则资源会一直处于打开状态,可能会导致内存泄露等问题。
关闭资源的常用方式就是在finally
块里是释放,即调用close
方法。比如,我们经常会写这样的代码:
public static void main(String[] args)
BufferedReader br = null;
try
String line;
br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\\\hollischuang.xml"));
while ((line = br.readLine()) != null)
System.out.println(line);
catch (IOException e)
// handle exception
finally
try
if (br != null)
br.close();
catch (IOException ex)
// handle exception
从Java 7开始,jdk提供了一种更好的方式关闭资源,使用try-with-resources
语句,改写一下上面的代码,效果如下:
public static void main(String... args)
try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\\\ hollischuang.xml")))
String line;
while ((line = br.readLine()) != null)
System.out.println(line);
catch (IOException e)
// handle exception
看,这简直是一大福音啊,虽然我之前一般使用IOUtils
去关闭流,并不会使用在finally
中写很多代码的方式,但是这种新的语法糖看上去好像优雅很多呢。看下他的背后:
public static transient void main(String args[])
BufferedReader br;
Throwable throwable;
br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\\\ hollischuang.xml"));
throwable = null;
String line;
try
while((line = br.readLine()) != null)
System.out.println(line);
catch(Throwable throwable2)
throwable = throwable2;
throw throwable2;
if(br != null)
if(throwable != null)
try
br.close();
catch(Throwable throwable1)
throwable.addSuppressed(throwable1);
else
br.close();
break MISSING_BLOCK_LABEL_113;
Exception exception;
exception;
if(br != null)
if(throwable != null)
try
br.close();
catch(Throwable throwable3)
throwable.addSuppressed(throwable3);
else
br.close();
throw exception;
IOException ioexception;
ioexception;
其实背后的原理也很简单,那些我们没有做的关闭资源的操作,编译器都帮我们做了。所以,再次印证了,语法糖的作用就是方便程序员的使用,但最终还是要转成编译器认识的语言。
糖块十二、Lambda表达式
关于lambda表达式,有人可能会有质疑,因为网上有人说他并不是语法糖。其实我想纠正下这个说法。Labmda表达式不是匿名内部类的语法糖,但是他也是一个语法糖。实现方式其实是依赖了几个JVM底层提供的lambda相关api。
先来看一个简单的lambda表达式。遍历一个list:
public static void main(String... args)
List<String> strList = ImmutableList.of("Hollis", "公众号:Hollis", "博客:www.hollischuang.com");
strList.forEach( s -> System.out.println(s); );
为啥说他并不是内部类的语法糖呢,前面讲内部类我们说过,内部类在编译之后会有两个class文件,但是,包含lambda表达式的类编译后只有一个文件。
反编译后代码如下:
public static /* varargs */ void main(String ... args)
ImmutableList strList = ImmutableList.of((Object)"Hollis", (Object)"\\u516c\\u4f17\\u53f7\\uff1aHollis", (Object)"\\u535a\\u5ba2\\uff1awww.hollischuang.com");
strList.forEach((Consumer<String>)LambdaMetafactory.metafactory(null, null, null, (Ljava/lang/Object;)V, lambda$main$0(java.lang.String ), (Ljava/lang/String;)V)());
private static /* synthetic */ void lambda$main$0(String s)
System.out.println(s);
可以看到,在forEach
方法中,其实是调用了java.lang.invoke.LambdaMetafactory#metafactory
方法,该方法的第四个参数implMethod指定了方法实现。可以看到这里其实是调用了一个lambda$main$0
方法进行了输出。
再来看一个稍微复杂一点的,先对List进行过滤,然后再输出:
public static void main(String... args)
List<String> strList = ImmutableList.of("Hollis", "公众号:Hollis", "博客:www.hollischuang.com");
List HollisList = strList.stream().filter(string -> string.contains("Hollis")).collect(Collectors.toList());
HollisList.forEach( s -> System.out.println(s); );
反编译后代码如下:
public static /* varargs */ void main(String ... args)
ImmutableList strList = ImmutableList.of((Object)"Hollis", (Object)"\\u516c\\u4f17\\u53f7\\uff1aHollis", (Object)"\\u535a\\u5ba2\\uff1awww.hollischuang.com");
List<Object> HollisList = strList.stream().filter((Predicate<String>)LambdaMetafactory.metafactory(null, null, null, (Ljava/lang/Object;)Z, lambda$main$0(java.lang.String ), (Ljava/lang/String;)Z)()).collect(Collectors.toList());
HollisList.forEach((Consumer<Object>)LambdaMetafactory.metafactory(null, null, null, (Ljava/lang/Object;)V, lambda$main$1(java.lang.Object ), (Ljava/lang/Object;)V)());
private static /* synthetic */ void lambda$main$1(Object s)
System.out.println(s);
private static /* synthetic */ boolean lambda$main$0(String string)
return string.contains("Hollis");
两个lambda表达式分别调用了lambda$main$1
和lambda$main$0
两个方法。
所以,lambda表达式的实现其实是依赖了一些底层的api,在编译阶段,编译器会把lambda表达式进行解糖,转换成调用内部api的方式。
可能遇到的坑
泛型
一、当泛型遇到重载
public class GenericTypes
public static void method(List<String> list)
System.out.println("invoke method(List<String> list)");
public static void method(List<Integer> list)
System.out.println("invoke method(List<Integer> list)");
上面这段代码,有两个重载的函数,因为他们的参数类型不同,一个是List另一个是List ,但是,这段代码是编译通不过的。因为我们前面讲过,参数List和List编译之后都被擦除了,变成了一样的原生类型List,擦除动作导致这两个方法的特征签名变得一模一样。
二、当泛型遇到catch
泛型的类型参数不能用在Java异常处理的catch语句中。因为异常处理是由JVM在运行时刻来进行的。由于类型信息被擦除,JVM是无法区分两个异常类型MyException<String>
和MyException<Integer>
的
三、当泛型内包含静态变量
public class StaticTest
public static void main(String[] args)
GT<Integer> gti = new GT<Integer>();
gti.var=1;
GT<String> gts = new GT<String>();
gts.var=2;
System.out.println(gti.var);
class GT<T>
public static int var=0;
public void nothing(T x)
以上代码输出结果为:2!由于经过类型擦除,所有的泛型类实例都关联到同一份字节码上,泛型类的所有静态变量是共享的。
自动装箱与拆箱
对象相等比较
public class BoxingTest
public static void main(String[] args)
Integer a = 1000;
Integer b = 1000;
Integer c = 100;
Integer d = 100;
System.out.println("a == b is " + (a == b));
System.out.println(("c == d is " + (c == d)));
输出结果:
a == b is false
c == d is true
在Java 5中,在Integer的操作上引入了一个新功能来节省内存和提高性能。整型对象通过使用相同的对象引用实现了缓存和重用。
适用于整数值区间-128 至 +127。
只适用于自动装箱。使用构造函数创建对象不适用。
增强for循环
ConcurrentModificationException
for (Student stu : students)
if (stu.getId() == 2)
students.remove(stu);
会抛出ConcurrentModificationException
异常。
Iterator是工作在一个独立的线程中,并且拥有一个 mutex 锁。 Iterator被创建之后会建立一个指向原来对象的单链索引表,当原来的对象数量发生变化时,这个索引表的内容不会同步改变,所以当索引指针往后移动的时候就找不到要迭代的对象,所以按照 fail-fast 原则 Iterator 会马上抛出java.util.ConcurrentModificationException
异常。
所以 Iterator
在工作的时候是不允许被迭代的对象被改变的。但你可以使用 Iterator
本身的方法remove()
来删除对象,Iterator.remove()
方法会在删除当前迭代对象的同时维护索引的一致性。
总结
前面介绍了12种Java中常用的语法糖。所谓语法糖就是提供给开发人员便于开发的一种语法而已。但是这种语法只有开发人员认识。要想被执行,需要进行解糖,即转成JVM认识的语法。当我们把语法糖解糖之后,你就会发现其实我们日常使用的这些方便的语法,其实都是一些其他更简单的语法构成的。
有了这些语法糖,我们在日常开发的时候可以大大提升效率,但是同时也要避免过渡使用。使用之前最好了解下原理,避免掉坑。
以上是关于Java 语法糖详解的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章