Kotlin 扩展类型

1. 介绍

Kotlin 支持类似 C# 的对类进行扩展,而不需要对该类进行继承操作。
这个特性被称作扩展(extension)。

2. 方法的扩展

给类写一个扩展方法很简单,只需要使用类成员运算符(.)即可。

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fun MutableList<Int>.swap(index1: Int, index2: Int) {
val tmp = this[index1] // 'this' corresponds to the list
this[index1] = this[index2]
this[index2] = tmp
}

上面的例子中,我们给 MutableList<Int> 类扩展了一个方法 swap()
此时,我们称 MutableList<Int>接收者类型,例子中的 this 标识符指的就是接收者类型的对象本身。

对类进行方法扩展后,我们就可以调用普通方法一样调用这个方法。

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val l = mutableListOf(1, 2, 3)
l.swap(0, 2) // 'this' inside 'swap()' will hold the value of 'l'

当然,可以看出 MutableList 是个泛型类,同样的,我们的扩展方法也支持泛型特性。

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fun <T> MutableList<T>.swap(index1: Int, index2: Int) {
val tmp = this[index1] // 'this' corresponds to the list
this[index1] = this[index2]
this[index2] = tmp
}

3. 方法的扩展是静态的

这指的是决定扩展方法调用的,是形式上的调用对象类型,而非实际的调用对象类型。

例如:

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open class C

class D: C()

fun C.foo() = "c"

fun D.foo() = "d"

fun printFoo(c: C) {
println(c.foo())
}

printFoo(D())

此时,printFoo() 的结果是 “c” 而不是 “d”
虽然传入 printFoo() 方法的是 D 对象,但是在该方法定义中,使用的是 C 的 foo() 方法,
所以即使传入的是 D,而结果却依然是 C 的打印结果。

这就是扩展方法的静态特性。

4. 方法扩展的优先级和重载

4.1 优先级

如果类中已经存在了一个和我们扩展方法相同的成员,那么在方法调用时,优先调用类成员

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class C {
fun foo() { println("member") }
}

fun C.foo() { println("extension") }

如果我们调用对于一个任意的 C 对象调用 c.foo() ,结果都会是 “menber” ,而不是 “extension”

4.2 重载

但是,如果我们的扩展方法和类成员拥有不同的函数签名,那么两者互不干涉,就像函数重载一样。

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class C {
fun foo() { println("member") }
}

fun C.foo(i: Int) { println("extension") }

如果我们调用 C().foo(1),则依旧会打印 "extension"

5. 可以为空的接收者

扩展可以使用一个为空的接收者类型,这样的扩展方法在对象为 null 的时候仍然能被调用,此时可以在扩展方法中进行 null 检查,对于调用者来说,就直接调用方法即可。

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fun Any?.toString(): String {
if (this == null) return "null"
// after the null check, 'this' is autocast to a non-null type, so the toString() below
// resolves to the member function of the Any class
return toString()
}

注意到,Kotlin 在经过 if(this == null) 这一 null 检查之后,会自动将对象 cast 成为一个非空对象。

6. 属性的扩展

与方法的扩展一样,Kotlin 中同样可以对属性进行扩展。

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val <T> List<T>.lastIndex: Int
get() = size - 1

需要注意的是,由于扩展采用静态处理,而不是插入一个新成员,
所以,扩展的属性没有 backing field 的支持,
因此,扩展属性不能被初始化,它们只能用显式的 getter 和 setter 来进行初始化。

7. 友元对象的扩展

如果一个类具有友元对象(Companion Object),那么,也可以对其进行扩展。

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class MyClass {
companion object { } // will be called "Companion"
}

fun MyClass.Companion.foo() {
// ...
}

扩展的友元对象就像类的友元对象一样,使用类名进行调用。

8. 扩展类型的作用域

通常,我们会将扩展定义在 top-level,此时就需要使用 import 语句来调用这个扩展。

9. 将扩展作为类成员

我们可以在一个类中定义另一个类的扩展方法

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class D {
fun bar() { ... }
}

class C {
fun baz() { ... }

fun D.foo() {
bar() // calls D.bar
baz() // calls C.baz
}

fun caller(d: D) {
d.foo() // call the extension function
}
}

此时,我们称 C 为调度接收者,D 为扩展接收者

当扩展名称和类成员冲突时,此时,在扩展内部,扩展接收者具有更高优先级;而在扩展外部,调度接收者具有更高优先级。

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class C {
fun foo() {
println("C foo")
}
}

class D {
fun foo() {
println("D foo")
}

fun C.fooBar() {
foo() // "C foo"
this@D.foo() // "D foo"
}

fun caller(c: C) {
c.fooBar()
}
}

fun main(args: Array<String>) {
val d = D()
val c = C()

d.foo() // "D foo"
c.foo() // "C foo"
}

如果需要在扩展内部访问外部类(即 D),则需要一个带标签的 this 来进行。

带标签的 this 通常用于内部类来访问外部类。

注意,扩展成员需要使用一个另外的调用器来执行。
在类的外部它是不可见的。

10. 扩展成员的继承

与其他成员一样,扩展成员也可以进行继承和重载操作。
但需要注意的是,扩展接收者是静态的,而调度接收者是动态的。

即,扩展接收者不受多态影响

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open class D {
}

class D1 : D() {
}

open class C {
open fun D.foo() {
println("D.foo in C")
}

open fun D1.foo() {
println("D1.foo in C")
}

fun caller(d: D) {
d.foo() // call the extension function
}
}

class C1 : C() {
override fun D.foo() {
println("D.foo in C1")
}

override fun D1.foo() {
println("D1.foo in C1")
}
}

C().caller(D()) // prints "D.foo in C"
C1().caller(D()) // prints "D.foo in C1" - dispatch receiver is resolved virtually
C().caller(D1()) // prints "D.foo in C" - extension receiver is resolved statically

11. 开发扩展的动机

提供扩展这一特性主要是为了简化 Java 代码中关于工具类的调用。

将这样的代码

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// Java
Collections.swap(
list,
Collections.binarySearch(list,Collections.max(otherList)),
Collections.max(list))

转换成这样的

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// Java
list.swap(list.binarySearch(otherList.max()), list.max())
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