Kotlin 中的区间

我们最早接触到 “区间” 一词, 应该是数学老师告诉我们的数学意义上的实数范围区间, 它指的是, 从一个实数到另一个实数之间连续的实数集合, 分为 全开区间、左开右闭区间、左闭右开区间、全闭区间 四种. 可以用符号分别表示为 (a, b) 、(a, b] 、[a, b)、[a, b]. 而今天我们要讲的 Kotlin 中的区间, 也是基于这个概念.

虽然数学上的区间分为 全开区间、左开右闭区间、左闭右开区间、全闭区间 四种, 但 Kotlin 中的区间却只支持最后两种, 即 左闭右开区间 和 全闭区间 , 因为所有区间都可以用这两种区间来表示, 比如：

本篇文章重点讲解以下几个方面, 让大家对 Kotlin 中的区间, 以及如何运用有所了解.

• 它是什么?
• 它的优点是什么?
• 它的原理是什么?
• 如何使用?

它是什么?

Kotlin 中的区间, 具体指的是 ClosedRange 接口, 以及它的实现类 IntRange、LongRange、CharRange. 你可以通过这三个类的构造方法来创建一个区间, 构造方法如下:

IntRange(start: Int, endInclusive: Int)
LongRange(start: Long, endInclusive: Long)
CharRange(start: Char, endInclusive: Char)

但本文的重点不是通过构造方法创建区间, 而是另外一种方式, Kotlin 中有一种更简单的方式创建区间, 那就是通过区间操作符 .. 来创建, 比如创建一个包含 1 和 10 的闭区间, 相当于数学里的表达式 [1, 10] , 代码如下:

val range = 1..10

是不是很简单? 该区间操作符在操作符重载相关文章中有提到. 使用该操作符最终会被编译为调用它对应的方法函数 rangeTo().

具体用法请看本文的 [ 如何使用 ] 章节的内容.

它的优点是什么?

它的优点就是可以通过简单的符号来创建一个区间, 而不需要通过构造函数那样繁琐的方式. 另外, 区间操作符配合 in 操作符, 可以实现区间的迭代, 也可以用来作为判断条件.

它的原理是什么?

使用区间操作符 .. 来创建区间, 会在编译期间编译成调用相应的 rangeTo() 方法函数, 返回的实例就是 IntRange 、LongRange、 CharRange 三个中一个, 比如 1..10 这样的表达式就是返回的 IntRange 类型的实例, 而 1L..10L 这样的表达式则返回的是 LongRange类型的实例.

简单的来说, 它最终还是通过构造方法的方式来创建的区间, 区间操作符来简化了我们自己实例化的过程.

如何使用?

最基本的使用, 比如用来判断某个数值 i 是否在 [1, 10] 内 , 用 Java 的方式大概如下:

if (i >= 1 && i <= 10) System.out.println(i);

如果换做 Kotlin 的区间表示的话, 代码大概如下:

if (i in 1..10) println(i)

直接判断数值 i 是否在区间内, 这是很直观的思维逻辑. 这里使用了 in 操作符, 之所以能用 in 操作符, 那是因为区间的共同接口 CloseRange<T> 重载了 in 操作符的对应方法函数 contains() :

public operator fun contains(value: T): Boolean = value >= start && value <= endInclusive

而这里 1..10 表达式实际上创建的是 IntRange 实例, IntRange 就继承自该接口, 所以能使用 in 操作符.

整型区间 (IntRange、LongRange、CharRange) 有⼀个额外的特性：它们可以迭代。编译器会将其转换为类似 Java 的基于索引的 For 循环, 因此⽆额外的开销：

for (i in 1..10) print(i) // 输出: "12345678910"

除了使用 For 循环的写法, 还可以使用 Kotlin 自带的 forEach 函数来对区间进行迭代, 写法如下:

(1..10).forEach { print(it) } // 输出: "12345678910"

用括号 () 将区间表达式包裹住, 就可以使用 forEach 函数了. 当然, 只有整型区间才可以迭代.

如果你想创建一个不包含最后一项元素的区间, 例如 [1, 10), 那么可以使用 until 中缀操作符来实现, 如果不了解中缀操作符, 可以先去看看中缀操作符相关的文章. 代码如下:

for (i in 1 until 10) print(i) // 输出: "123456789"

由于 Kotlin 中的区间, 都是左封闭区间, 如果你想创建一个不包含第一项和最后一项元素的区间, 即数学里的 全开区间, 那么就需要通过取巧的方式, 比如 (1, 10) 表示的区间, 代码可以如下:

// 第一种方式: 转换成闭区间来表示
for (i in 2..9) print(i) // 输出: "23456789"
// 第二种方式: 转换成左闭右开区间来表示
for (i in 2 until 10) print(i) // 输出: "23456789"

如果你想创建一个倒序的区间, 可以使用 downTo 中缀操作符, 也可以使用 reversed() 方法函数, 例如:

// 第一种方式: 使用 downTo 中缀操作符
for (i in 10 downTo 1) print(i) // 输出: "10987654321"
// 第二种方式: 使用 reversed() 函数
(1..10).reversed()

downTo 中缀操作符, 会包含区间的第一项和最后一项, 可以看作是一个 闭区间. 而 reversed() 函数操作的区间, 取决于它的调用者, 它是负责将区间进行反序而已.

如果你想在进行区间迭代的时候加上一个步进值, 那么可以使用 step 中缀操作符, 代码如下:

for (i in 1..10 step 2) print(i) // 输出: "13579"

step 操作符是使用扩展函数的方式, 专为区间类型扩展的. 所以也只有区间类型才能使用.

总结

Kotlin 中的区间, 相当于数学概念中的闭区间, 只支持 左闭右开区间 和 全闭区间 , 因为所有的区间都能用这两种区间来表示;

创建一个区间, 可以通过 IntRange、 LongRange、 CharRange 三者的构造函数的方式来创建, 也可以通过使用区间操作符 .. 来创建, 区间操作符 .. 创建的是一个 全闭区间, 而使用中缀 until 可以用来创建一个 左闭右开区间.

使用区间操作符的优点就是可以很简单的创建一个区间, 并且它可以应用到 For 循环迭代和 if 条件判断中.

在 For 循环迭代中, 可以通过使用中缀 downTo 或者调用 reversed() 方法函数来创建倒序的区间, 实现区间的倒序输出. 也可以使用中缀 step 来设置迭代的步进值.