Kotlin 中 var、val、const 关键字解析

Posted by liangfei on 2018-03-28

昨天公众号后台收到一位小伙伴的留言询问,他对于 Kotlin 为何没有 Java 的 final 关键字感到困惑,这应该是很多初学者都会遇到的问题,所以我就写了这篇博文从更底层的角度来解析 Kotlin 声明变量时用到的三个关键字:varvalconst

其实,Java 的 final 就等价于 Kotlin 的 val, 虽然通过 javap 反编译可以看到两者的底层实现不一样,但是从语义上讲,它们两者的确是等价的。具体原因,我们来逐一分析。

什么是属性

我们知道,在 Kotlin 的世界中,class 已经不再是唯一的一等公民,我们可以直接在代码文件的最顶层(top-level)声明类、函数和变量。

class Address {
// class properties
var province = "zhejiang"
val city = "hangzhou"
}

fun prettify(address: Address): String {
// local variable
val district = "xihu"
return district + ',' + address.city + ',' + address.province
}

// top-level property
val author = "liangfei"

上例中的 Address 是一个类,prettify 是一个函数,author 是一个变量,它们都是一等公民,也就是说,函数和变量可以单独存在,不会像 Java 那样依附于类。

首先,varval 可分为三种类型:

  • 类的属性(class property),例如上例中的 var province = "zhejiang",它是 Address 类的一个属性;
  • 顶层属性(top-level property),例如上例中的 val author = "liangfei",它是文件(module)的一个属性;
  • 局部变量(local variable),例如上例中的 val district = "xihu",它是函数 prettify 的一个局部变量。

类的属性和顶层属性都是属性,所以可以统一来看待,属性本身不会存储值,也就是说它不是一个字段(field),那它的值是哪里来的呢?我们先来看一下声明一个属性的完整语法:

var <propertyName>[: <PropertyType>] [= <property_initializer>]
[<getter>]
[<setter>]

可以看出,一个属性的声明可以分解为五个部分:属性名、属性类型、initializer、getter、setter。

  • 属性的名就是就是我们用来引用属性的方式;
  • 属性的类型可以显示声明,因为 Kotlin 支持类型推导,如果类型能够从上下文推导得出,那么它也可以省略;
  • initializer 是类型推导的线索之一,例如 val author = "liangfei",根据 = "liangfei" 可以得出它是一个 String 类型;
  • getter 也是类型推导的线索之一,所有使用属性名获取值的操作,都是通过 getter 来完成的;
  • setter 用于给属性赋值。

以上只是声明了一个属性,如果我们要赋值,它的值会存储在哪里呢?其实,编译器还会自动为属性生成一个用于存储值的字段(field),因为写代码时感知不到到它的存在,所以称为幕后字段(backing field)。具体可以参考幕后字段,因为与本文关系不大,所以此处不做介绍。

varval 所声明的属性,其最本质的区别就是:val 不能有 setter,这就达到了 Java 中 final 的效果。

例如,上面 Kotlin 代码中的 Address 类:

class Address {
var province = "zhejiang"
val city = "hangzhou"
}

它在 JVM 平台上的实现是下面这样的(通过 javap 命令查看):

public final class Address {
public final java.lang.String getProvince();
public final void setProvince(java.lang.String);
public final java.lang.String getCity();
public Address();
}

可以看出,针对 var province 属性,生成了 getProvince()setProvince(java.lang.String) 两个函数。但是 val city 只生成了一个 getCity() 函数。

对于局部变量来说,var 或者 val 都无法生成 getter 或 setter,所以只会在编译阶段做检查。

看一下它的官方定义(中文版可参考属性和字段):

Classes in Kotlin can have properties. These can be declared as mutable, using the var keyword or read-only using the val keyword.

对于类的属性来说:var 表示可变(mutable),val 表示只读(read-only)。对于顶层属性来说也是一样的。

可变和只读

var 表示可变,val 表示只读,而不是不可变(immutable)。我们已经知道了 val 属性只有 getter,但是这并不能保证它的值是不可变的。例如,下面的代码:

class Person {
var name = "liangfei"
var age = 30

val nickname: String
get() {
return if (age > 30) "laoliang" else "xiaoliang"
}

fun grow() {
age += 1
}
}

属性 nickname 的值并非不可变,当调用 grow() 方法时,它的值会从 "laoliang" 变为 "xiaoliang",但是无法直接给 nickname 赋值,也就是说,它不能位于赋值运算的左侧,只能位于右侧,这就说明了为什么它是只读(read-only),而不是不可变(immutable)。

其实,Kotlin 有专门的语法来定义可变和不可变的变量,后面会专门写一篇博问来分析,这里不再深入。

我们知道,Java 中可以使用 static final 来定义常量,这个常量会存放于全局常量区,这样编译器会针对这些变量做一些优化,例如,有三个字符串常量,他们的值是一样的,那么就可以让这个三个变量指向同一块空间。我们还知道,局部变量无法声明为 static final,因为局部变量会存放在栈区,它会随着调用的结束而销毁。

Kotlin 引入一个新的关键字 const 来定义常量,但是这个常量跟 Java 的 static final 是有所区别的,如果它的值无法在编译时确定,则编译不过,因此 const 所定义的常量叫编译时常量

编译时常量

首先,const 无法定义局部变量,除了局部变量位于栈区这个原因之外,还因为局部变量的值无法在编译期间确定,因此,const 只能修饰属性(类属性、顶层属性)。

因为 const 变量的值必须在编译期间确定下来,所以它的类型只能是 String 或基本类型,并且不能有自定义的 getter。

所以,编译时常量需要满足如下条件:

  • 顶层或者 object 的成员(object 也是 Kotlin 的一个新特性,具体可参考对象声明)。
  • 初始化为一个 String 或者基本类型的值
  • 没有自定义 getter

总结

最后,总结一下:

  • varval 声明的变量分为三种类型:顶层属性、类属性和局部变量;
  • var 属性可以生成 getter 和 setter,是可变的(mutable),val 属性只有 getter,是只读的(read-only,注意不是 immutable);
  • 局部变量只是一个普通变量,不会有 getter 和 setter,它的 val 等价于 Java 的 final,在编译时做检查。
  • const 只能修饰没有自定义 getter 的 val 属性,而且它的值必须在编译时确定。

参考资料


欢迎扫码关注 老梁写代码 微信公众号