Kotlin (二十八)——Null

Kotlin

Null 值安全性

可为 null 的类型与不可为 null 的类型

Kotlin 类型系统的设计目标就是希望消除代码中 null 引用带来的危险, 也就是所谓的 造成十亿美元损失的大错误.

在许多编程语言(包括 Java)中, 最常见的陷阱之一就是, 对一个指向 null 值的对象访问它的成员, 导致一个 null 引用异常. 在 Java 中就是 NullPointerException, 简称 NPE.

Kotlin 的类型系统致力于从我们的代码中消除 NullPointerException. 只有以下情况可能导致 NPE:

• 明确调用 throw NullPointerException()
• 使用 !! 操作符, 详情见后文
• 外部的 Java 代码导致这个异常
• 初始化过程中存在某些数据不一致 (在构造器中使用了未初始化的 this)

在 Kotlin 中, 类型系统明确区分可以指向 null{: .keyword } 的引用 (可为 null 引用) 与不可以指向 null 的引用 (非 null 引用).
比如, 一个通常的 String 类型变量不可以指向 null{: .keyword }:

var a: String = "abc"
a = null // 编译错误

要允许 null 值, 我们可以将变量声明为可为 null 的字符串, 写作 String?:

var b: String? = "abc"
b = null // ok

现在, 假如你对 a 调用方法或访问属性, 可以确信不会产生 NPE, 因此你可以安全地编写以下代码:

val l = a.length

但如果你要对 b 访问同样的属性, 就不是安全的, 编译器会报告错误:

val l = b.length // 错误: 变量 'b' 可能为 null

但我们仍然需要访问这个属性, 对不对? 有以下几种方法可以实现.

在条件语句中进行 null{: .keyword } 检查

首先, 你可以明确地检查 b 是否为 null{: .keyword }, 然后对 null{: .keyword } 和非 null{: .keyword } 的两种情况分别处理:

val l = if (b != null) b.length else -1

编译器将会追踪你执行过的检查, 因此允许在 if{: .keyword } 内访问 length 属性 .
更复杂的条件也是支持的:

if (b != null && b.length > 0)
  print("String of length ${b.length}")
else
  print("Empty string")

注意, 以上方案需要的前提是, b 的内容不可变(也就是说, 对于局部变量的情况, 在 null 值检查与变量使用之间, 要求这个局部变量没有被修改, 对于类属性的情况, 要求是一个使用后端域变量的 val{: .keyword } 属性, 并且不允许被后代类覆盖), 因为, 假如没有这样的限制的话, b 就有可能会在检查之后被修改为 null{: .keyword } 值.

安全调用

第二个选择方案是使用安全调用操作符, 写作 ?.:

b?.length

如果 b 不是 null, 这个表达式将会返回 b.length, 否则返回 null{: .keyword }. 这个表达式本身的类型为 Int?.

安全调用在链式调用的情况下非常有用. 比如, 假如雇员 Bob, 可能被派属某个部门 Department (也可能不属于任何部门), 这个部门可能存在另一个雇员担任部门主管, 那么, 为了取得 Bob 所属部门的主管的名字, (如果存在的话), 我们可以编写下面的代码:

bob?.department?.head?.name

这样的链式调用, 只要属性链中任何一个属性为 null, 整个表达式就会返回 null{: .keyword }.

如果需要只对非 null 的值执行某个操作, 你可以组合使用安全调用操作符和 let:

val listWithNulls: List<String?> = listOf("A", null)
for (item in listWithNulls) {
     item?.let { println(it) } // 打印 A, 并忽略 null 值
}

Elvis 操作符

假设我们有一个可为 null 的引用 r, 我们可以用说, "如果 r 不为 null, 那么就使用它, 否则, 就使用某个非 null 的值 x":

val l: Int = if (b != null) b.length else -1

除了上例这种完整的 if{: .keyword } 表达式之外, 还可以使用 Elvis 操作符来表达, 写作 ?::

val l = b?.length ?: -1

如果 ?: 左侧的表达式值不是 null, Elvis 操作符就会返回它的值, 否则, 返回右侧表达式的值.
注意, 只有在左侧表达式值为 null 时, 才会计算右侧表达式.

注意, 由于在 Kotlin 中 throw{: .keyword } 和 return{: .keyword } 都是表达式, 因此它们也可以用在 Elvis 操作符的右侧. 这种用法可以带来很大的方便, 比如, 可以用来检查函数参数值是否合法:

fun foo(node: Node): String? {
  val parent = node.getParent() ?: return null
  val name = node.getName() ?: throw IllegalArgumentException("name expected")
  // ...
}

!! 操作符

对于 NPE 的热爱者们来说, 还有第三个选择方案. 我们可以写 b!!, 对于 b 不为 null 的情况, 这个表达式将会返回这个非 null 的值(比如, 在我们的例子中就是一个 String 类型值), 如果 b 是 null, 这个表达式就会抛出一个 NPE:

val l = b!!.length

所以, 如果你确实想要 NPE, 你可以抛出它, 但你必须明确地提出这个要求, 否则 NPE 不会在你没有注意的地方无声无息地出现.

安全的类型转换

如果对象不是我们期望的目标类型, 那么通常的类型转换就会导致 ClassCastException.
另一种选择是使用安全的类型转换, 如果转换不成功, 它将会返回 null{: .keyword }:

val aInt: Int? = a as? Int

可为 null 的类型构成的集合

如果你的有一个集合, 其中的元素是可为 null 的类型, 并且希望将其中非 null 值的元素过滤出来, 那么可以使用 filterNotNull 函数.

val nullableList: List<Int?> = listOf(1, 2, null, 4)
val intList: List<Int> = nullableList.filterNotNull()