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研究学习Kotlin的一些方法[含2P]

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发表于 2017-5-16 19:37:44 | 显示全部楼层 |阅读模式

Kotlin是一门让人感到很舒服的语言,相比Java来说,它更加简洁,省去了琐琐碎碎的语法工作,同时了提供了类似Lambda,String template,Null Safe Operator等特性。让开发者用起来得心应手。

普通的Java/Android程序员通常只需要很短的时间就能快速使用Kotlin。综合Kotlin的诸多优点,加上Flipboard美国团队自2015年已引入Kotlin,Flipboard中国团队也已经开始采用Kotlin来作为Android主要开发语言。

虽然Kotlin使用简单快捷,然而由于自己的深入研究的习惯导致每接触到Kotlin的新功能,就马不停蹄的研究它的本质,这里总结一下关于如何研究Kotlin的一些方法来快速研究掌握Kotlin。

到底研究什么

比如Kotlin中提供了一种类型叫做Object,使用它我们可以快速实现单例模式的应用。代码特别的简单

object AppSettings {

}

那么问题来了,kotlin这个object类型的类是如何实现的呢,Null安全操作符的实现原理,Lambda表达式是基于内部类还是真正的Lambda,这些问题就是我们要研究的对象。

怎么研究

  • Kotlin和Java都是运行在JVM上,但是实际上JVM并不认识Java和Kotlin,因为它只和bytecode(即class文件)打交道。
  • 因而通过研究bytecode,我们是可以了解Kotlin的一些深入原理的
  • 由于同一份bytecode反编译成java和kotlin文件是等价的,所以将kotlin编译后的class文件反编译成Java,也是具有参考和研究价值的。

实践方法有哪些

  • 利用Kotlin插件
  • 利用kotlinc,javap等工具

一些实践

Null Safe Operator实现原理

在Java中,我们经常会遇到空指针的问题,Kotlin特意增加了一个空指针安全操作符?。使用起来如下

fun testNullSafeOperator(string: String?) {
    System.out.println(string?.toCharArray()?.getOrNull(10)?.hashCode())
}

当我们进行这样的调用时

testNullSafeOperator(null)
testNullSafeOperator("12345678901")
testNullSafeOperator("123")

得到的输出结果为

null
49
null

从结果可见,并没有像Java那样抛出NullPointerException,而是遇到空指针则不继续执行了。

那么Kotlin的这个空指针安全操作符是如何工作的呢,我们可以借助IntelliJ IDE的Kotlin插件来辅助我们研究,步骤如下

1.使用IntelliJ IDE打开一个待研究的Kotlin文件(需确保Kotlin插件已安装)

2.按照下图依次点击至Show Kotlin Bytecode

3.上面的步骤操作后,会得到这样的bytecode

// access flags 0x19
  public final static testNullSafeOperator(Ljava/lang/String;)V
    @Lorg/jetbrains/annotations/Nullable;() // invisible, parameter 0
   L0
    LINENUMBER 11 L0
    GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
    ALOAD 0
    DUP
    IFNULL L1   //对string字符串判空
    INVOKESTATIC kotlin/text/StringsKt.toCharArray (Ljava/lang/String;)[C
    DUP
    IFNULL L1  //对CharArray判空
    BIPUSH 10
    INVOKESTATIC kotlin/collections/ArraysKt.getOrNull ([CI)Ljava/lang/Character;
    DUP
    IFNULL L1  //对Char判空
    INVOKEVIRTUAL java/lang/Object.hashCode ()I
    INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf (I)Ljava/lang/Integer;
    GOTO L2
   L1
    POP
    ACONST_NULL
   L2
    INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (Ljava/lang/Object;)V
   L3
    LINENUMBER 12 L3
    RETURN
   L4
    LOCALVARIABLE string Ljava/lang/String; L0 L4 0
    MAXSTACK = 3
    MAXLOCALS = 1
}

由字节码分析可见,其实所谓的 空指针安全操作符其实内部就是以此判空来确保不出现空指针 ,如果字节码不好理解,那我们使用上面的Decompile功能,将bytecode转成Java,如图操作

反编译后得到的Java代码为

public static final void testNullSafeOperator(@Nullable String string) {
      PrintStream var10000;
      Integer var5;
      label18: {
         var10000 = System.out;
         if(string != null) {
            PrintStream var2 = var10000;
            if(string == null) {
               throw new TypeCastException("null cannot be cast to non-null type java.lang.String");
            }

            char[] var4 = ((String)string).toCharArray();
            Intrinsics.checkExpressionValueIsNotNull(var4, "(this as java.lang.String).toCharArray()");
            char[] var3 = var4;
            var10000 = var2;
            if(var3 != null) {
               Character var10001 = ArraysKt.getOrNull(var3, 10);
               if(var10001 != null) {
                  var5 = Integer.valueOf(var10001.hashCode());
                  break label18;
               }
            }
         }

         var5 = null;
      }

      var10000.println(var5);
   }

这样读起来是不是更加容易理解呢。

Object类型研究

这里我们回到Object类型,还是再举个例子看看如何使用

//这是定义
object AppSettings {
    fun updateConfig() {
        //do some updating work
    }
}

关于应用也很简单

//在Kotlin文件中调用
AppSettings.updateConfig()

//在Java文件中调用
AppSettings.INSTANCE.updateConfig();

我们先看一下AppSettings的字节码文件

// ================AppSettings.class =================
// class version 50.0 (50)
// access flags 0x31
public final class AppSettings {
  // access flags 0x11
  public final updateConfig()V
   L0
    LINENUMBER 7 L0
    RETURN
   L1
    LOCALVARIABLE this LAppSettings; L0 L1 0
    MAXSTACK = 0
    MAXLOCALS = 1

  // access flags 0x2
  private <init>()V
   L0
    LINENUMBER 4 L0
    ALOAD 0
    INVOKESPECIAL java/lang/Object.<init> ()V
    ALOAD 0
    CHECKCAST AppSettings
    PUTSTATIC AppSettings.INSTANCE : LAppSettings;
    RETURN
   L1
    LOCALVARIABLE this LAppSettings; L0 L1 0
    MAXSTACK = 1
    MAXLOCALS = 1

  // access flags 0x19
  public final static LAppSettings; INSTANCE

  // access flags 0x8
  static <clinit>()V
   L0
    LINENUMBER 4 L0
    //静态代码块中实例化,即类加载时便开始实例化
    NEW AppSettings
    INVOKESPECIAL AppSettings.<init> ()V
    RETURN
    MAXSTACK = 1
    MAXLOCALS = 0

  @Lkotlin/Metadata;(mv={1, 1, 5}, bv={1, 0, 1}, k=1, d1={"\u0000\u0012\n\u0002\u0018\u0002\n\u0002\u0010\u0000\n\u0002\u0008\u0002\n\u0002\u0010\u0002\n\u0000\u0008\u00c6\u0002\u0018\u00002\u00020\u0001B\u0007\u0008\u0002\u00a2\u0006\u0002\u0010\u0002J\u0006\u0010\u0003\u001a\u00020\u0004\u00a8\u0006\u0005"}, d2={"LAppSettings;", "", "()V", "updateConfig", "", "production sources for module KotlinObject"})
  // compiled from: AppSettings.kt
}

由此可见,Kotlin的object也就是Java的单例模式的实现,在静态代码块初始化实例。如果字节码没有看懂的话,可以尝试反编译成Java代码来详细研究。

Lambda表达式研究

除此之外,Kotlin也是支持了Lambda表达式的。由于并非所有的JVM版本都支持invokedynamic(Lambda表达式依赖的字节码指令),比如Java 6的JVM,这其中就包含了许多安卓设备。所以我们怀疑Kotlin可能是像Scala那样将lambda表达式转换成了匿名内部类。

一个简单的Lambda表达式例子

class Test {
    fun testObservable() {
        val observable = Observable()
        observable.addObserver { o, arg ->
            System.out.println("$o $arg")
        }
    }
}

我们使用插件同样查看bytecode

// ================Test.class =================
// class version 50.0 (50)
// access flags 0x31
public final class Test {


  // access flags 0x11
  public final testObservable()V
   L0
    LINENUMBER 8 L0
    NEW java/util/Observable
    DUP
    INVOKESPECIAL java/util/Observable.<init> ()V
    ASTORE 1
   L1
    LINENUMBER 9 L1
    ALOAD 1
    GETSTATIC Test$testObservable$1.INSTANCE : LTest$testObservable$1;  //这里就是使用了匿名内部类(常常包含$字符)
    CHECKCAST java/util/Observer
    INVOKEVIRTUAL java/util/Observable.addObserver (Ljava/util/Observer;)V
   L2
    LINENUMBER 12 L2
    RETURN
   L3
    LOCALVARIABLE observable Ljava/util/Observable; L1 L3 1
    LOCALVARIABLE this LTest; L0 L3 0
    MAXSTACK = 2
    MAXLOCALS = 2

  // access flags 0x1
  public <init>()V
   L0
    LINENUMBER 6 L0
    ALOAD 0
    INVOKESPECIAL java/lang/Object.<init> ()V
    RETURN
   L1
    LOCALVARIABLE this LTest; L0 L1 0
    MAXSTACK = 1
    MAXLOCALS = 1

  @Lkotlin/Metadata;(mv={1, 1, 5}, bv={1, 0, 1}, k=1, d1={"\u0000\u0012\n\u0002\u0018\u0002\n\u0002\u0010\u0000\n\u0002\u0008\u0002\n\u0002\u0010\u0002\n\u0000\u0018\u00002\u00020\u0001B\u0005\u00a2\u0006\u0002\u0010\u0002J\u0006\u0010\u0003\u001a\u00020\u0004\u00a8\u0006\u0005"}, d2={"LTest;", "", "()V", "testObservable", "", "production sources for module KotlinObject"})
  // access flags 0x18
  final static INNERCLASS Test$testObservable$1 null null
  // compiled from: Space.kt
}


// ================Test$testObservable$1.class =================
// class version 50.0 (50)
// access flags 0x30
//生成的匿名内部类,规则为  当前的类名$当前的方法名$匿名内部类序号
final class Test$testObservable$1 implements java/util/Observer  {


  // access flags 0x11
  public final update(Ljava/util/Observable;Ljava/lang/Object;)V
   L0
    LINENUMBER 10 L0
    GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
    NEW java/lang/StringBuilder
    DUP
    INVOKESPECIAL java/lang/StringBuilder.<init> ()V
    ALOAD 1
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/StringBuilder;
    LDC " "
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    ALOAD 2
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/StringBuilder;
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.toString ()Ljava/lang/String;
    INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (Ljava/lang/String;)V
   L1
    LINENUMBER 11 L1
    RETURN
   L2
    LOCALVARIABLE this LTest$testObservable$1; L0 L2 0
    LOCALVARIABLE o Ljava/util/Observable; L0 L2 1
    LOCALVARIABLE arg Ljava/lang/Object; L0 L2 2
    MAXSTACK = 3
    MAXLOCALS = 3

  // access flags 0x0
  <init>()V
    ALOAD 0
    INVOKESPECIAL java/lang/Object.<init> ()V
    RETURN
    MAXSTACK = 1
    MAXLOCALS = 1

  // access flags 0x19
  public final static LTest$testObservable$1; INSTANCE

  // access flags 0x8
  static <clinit>()V
    NEW Test$testObservable$1
    DUP
    INVOKESPECIAL Test$testObservable$1.<init> ()V
    PUTSTATIC Test$testObservable$1.INSTANCE : LTest$testObservable$1;
    RETURN
    MAXSTACK = 2
    MAXLOCALS = 0

  @Lkotlin/Metadata;(mv={1, 1, 5}, bv={1, 0, 1}, k=3, d1={"\u0000\u0016\n\u0000\n\u0002\u0010\u0002\n\u0000\n\u0002\u0018\u0002\n\u0002\u0008\u0002\n\u0002\u0010\u0000\n\u0000\u0010\u0000\u001a\u00020\u00012\u000e\u0010\u0002\u001a\n \u0004*\u0004\u0018\u00010\u00030\u00032\u000e\u0010\u0005\u001a\n \u0004*\u0004\u0018\u00010\u00060\u0006H\n\u00a2\u0006\u0002\u0008\u0007"}, d2={"<anonymous>", "", "o", "Ljava/util/Observable;", "kotlin.jvm.PlatformType", "arg", "", "update"})
  OUTERCLASS Test testObservable ()V
  // access flags 0x18
  final static INNERCLASS Test$testObservable$1 null null
  // compiled from: Space.kt
}

分析字节码可以看到有两个class文件,因此可以推断出Kotlin的Lambda表达式目前是一种基于内部类的语法糖实现。

除此之外,我们还可以使用kotlinc(Kotlin编译器来验证)

kotlinc Test.kt

执行完成后,查看生成的class文件

ls | grep ^Test
Test$testObservable$1.class
Test.class
Test.kt

当然,我们还可以使用javap同样实现查看bytecode的功能,即 javap -c className

除此之外,我们还可以利用上面的方法研究如下Kotlin的特性

  • lazy初始化
  • when表达式
  • 方法引用

关于Kotlin的研究方法目前就是这些,Kotlin很简单,但也要知其所以然,方能游刃有余编码。希望大家可以尝试Kotlin,并玩的开心。

来自:http://droidyue.com/blog/2017/05/08/how-to-study-kotlin/




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