Kotlin入门(15)独门秘笈之特殊类

上一篇文章介绍了Kotlin的几种开放性修饰符，以及如何从基类派生出子类，其中提到了被abstract修饰的抽象类。除了与Java共有的抽象类，Kotlin还新增了好几种特殊类，这些特殊类分别适应不同的使用场景，极大地方便了开发者的编码工作，下面就来看看Kotlin究竟提供了哪些独门秘笈。

嵌套类
一个类可以在单独的代码文件中定义，也可以在另一个类内部定义，后一种情况叫做嵌套类，意即A类嵌套在B类之中。乍看过去，这个嵌套类的定义似乎与Java的嵌套类是一样的，但其实有所差别。Java的嵌套类允许访问外部类的成员，而Kotlin的嵌套类不允许访问外部类的成员。倘若Kotlin的嵌套类内部强行访问外部类的成员，则编译器会报错“Unresolved reference: ***”，意思是找不到这个东西。下面是Kotlin定义嵌套类的代码例子：

class Tree(var treeName:String) {
    //在类内部再定义一个类，这个新类称作嵌套类
    class Flower (var flowerName:String) {
        fun getName():String {
            return "这是一朵$flowerName"
            //普通的嵌套类不能访问外部类的成员如treeName
            //否则编译器报错“Unresolved reference: ***”
            //return "这是${treeName}上的一朵$flowerName"
        }
    }
}

调用嵌套类时，得在嵌套类的类名前面添加外部类的类名，相当于把这个嵌套类作为外部类的静态对象使用。嵌套类的调用代码如下所示：

    btn_class_nest.setOnClickListener {
        //使用嵌套类时，只能引用外部类的类名，不能调用外部类的构造函数
        val peachBlossom = Tree.Flower("桃花");
        tv_class_secret.text = peachBlossom.getName()
    }

　　

内部类
既然Kotlin限制了嵌套类不能访问外部类的成员，那还有什么办法可以实现此功能呢？针对该问题，Kotlin另外增加了关键字inner表示内部，把inner加在嵌套类的class前面，于是嵌套类华丽丽转变为了内部类，这个内部类比起嵌套类的好处，便是能够访问外部类的成员。所以，Kotlin的内部类就相当于Java的嵌套类，而Kotlin的嵌套类则是加了访问限制的内部类。按照前面演示嵌套类的树木类Tree，也给它补充内部类的定义，代码如下所示：

class Tree(var treeName:String) {
    //在类内部再定义一个类，这个新类称作嵌套类
    class Flower (var flowerName:String) {
        fun getName():String {
            return "这是一朵$flowerName"
            //普通的嵌套类不能访问外部类的成员如treeName
            //否则编译器报错“Unresolved reference: ***”
            //return "这是${treeName}上的一朵$flowerName"
        }
    }

    //嵌套类加上了inner前缀，就成为了内部类
    inner class Fruit (var fruitName:String) {
        fun getName():String {
            //只有声明为内部类（添加了关键字inner），才能访问外部类的成员
            return "这是${treeName}长出来的$fruitName"
        }
    }
}

调用内部类时，要先实例化外部类，再通过外部类的实例调用内部类的构造函数，也就是把内部类作为外部类的一个成员对象来使用，这与成员属性、成员方法的调用方法类似。内部类的调用代码如下所示：

    btn_class_inner.setOnClickListener {
        //使用内部类时，必须调用外部类的构造函数，否则编译器会报错
        val peach = Tree("桃树").Fruit("桃花");
        tv_class_secret.text = peach.getName()
    }

　　

枚举类
Java有一种枚举类型，它采用关键字enum来表达，其内部定义了一系列名称，通过有意义的名字比0/1/2这些数字能更有效地表达语义。下面是个Java定义枚举类型的代码例子：

enum Season { SPRING,SUMMER,AUTUMN,WINTER }

上面的枚举类型定义代码，看起来仿佛是一种新的数据类型，特别像枚举数组。可是枚举类型实际上是一种类，开发者在代码中创建enum类型时，编译器会自动生成一个对应的类，并且该类继承自java.lang.Enum。因此，Kotlin拨乱反正，摒弃了“枚举类型”那种模糊不清的说法，转而采取“枚举类”这种正本清源的提法。具体到编码上，则将enum作为关键字class都得修饰符，使之名正言顺地成为一个类——枚举类。按此思路将前面Java的枚举类型Season改写为Kotlin的枚举类，改写后的枚举类代码如下所示：

enum class SeasonType {
    SPRING,SUMMER,AUTUMN,WINTER
}

枚举类内部的枚举变量，除了可以直接拿来赋值之外，还可以调用枚举值的几个属性获得对应的信息，例如ordinal属性用于获取该枚举值的序号，name属性用于获取该枚举值的名称。枚举变量本质上还是该类的一个实例，所以如果枚举类存在构造函数的话，枚举变量也必须调用对应的构造函数。这样做的好处是，每个枚举值不但携带唯一的名称，还可以拥有更加个性化的特征描述。比如下面的枚举类SeasonName代码，通过构造函数能够给枚举值赋予更加丰富的含义：

enum class SeasonName (val seasonName:String) {
    SPRING("春天"),
    SUMMER("夏天"),
    AUTUMN("秋天"),
    WINTER("冬天")
}

下面的代码演示了如何分别使用两个枚举类SeasonType和SeasonName：

    btn_class_enum.setOnClickListener {
        if (count%2 == 0) {
            //ordinal表示枚举类型的序号，name表示枚举类型的名称
            tv_class_secret.text = when (count++%4) {
                SeasonType.SPRING.ordinal -> SeasonType.SPRING.name
                SeasonType.SUMMER.ordinal -> SeasonType.SUMMER.name
                SeasonType.AUTUMN.ordinal -> SeasonType.AUTUMN.name
                SeasonType.WINTER.ordinal -> SeasonType.WINTER.name
                else -> "未知"
            }
        } else {
            tv_class_secret.text = when (count++%4) {
                //使用自定义属性seasonName表示更个性化的描述
                SeasonName.SPRING.ordinal -> SeasonName.SPRING.seasonName
                SeasonName.SUMMER.ordinal -> SeasonName.SUMMER.seasonName
                SeasonName.AUTUMN.ordinal -> SeasonName.AUTUMN.seasonName
                SeasonName.WINTER.ordinal -> SeasonName.WINTER.seasonName
                else -> "未知"
                //枚举类的构造函数是给枚举类型使用的，外部不能直接调用枚举类的构造函数
                //else -> SeasonName("未知").name
            }
        }
    }

　　

密封类
前面演示外部代码判断枚举值的时候，when语句末尾例行公事加了else分支。可是枚举类SeasonType内部一共只有四个枚举变量，when语句有四个分支就行了，最后的else分支纯粹是多此一举。出现此种情况的缘故是，when语句不晓得SeasonType只有四种枚举值，因此以防万一必须要有else分支，除非编译器认为现有的几个分支已经足够。
为解决枚举值判断的多余分支问题，Kotlin提出了“密封类”的概念，密封类就像是一种更加严格的枚举类，它内部有且仅有自身的实例对象，所以是一个有限的自身实例集合。或者说，密封类采用了嵌套类的手段，它的嵌套类全部由自身派生而来，仿佛一个家谱明明白白列出来某人有长子、次子、三子、幺子。定义密封类时使用关键字sealed标记，具体的密封类定义代码如下所示：

sealed class SeasonSealed {
    //密封类内部的每个嵌套类都必须继承该类
    class Spring (var name:String) : SeasonSealed()
    class Summer (var name:String) : SeasonSealed()
    class Autumn (var name:String) : SeasonSealed()
    class Winter (var name:String) : SeasonSealed()
}

有了密封类，通过when语句便无需指定else分支了，下面是判断密封类对象的代码例子：

    btn_class_sealed.setOnClickListener {
        var season = when (count++%4) {
            0 -> SeasonSealed.Spring("春天")
            1 -> SeasonSealed.Summer("夏天")
            2 -> SeasonSealed.Autumn("秋天")
            else -> SeasonSealed.Winter("冬天")
        }
        //密封类是一种严格的枚举类，它的值是一个有限的集合。
        //密封类确保条件分支覆盖了所有的枚举类型，因此不再需要else分支。
        tv_class_secret.text = when (season) {
            is SeasonSealed.Spring -> season.name
            is SeasonSealed.Summer -> season.name
            is SeasonSealed.Autumn -> season.name
            is SeasonSealed.Winter -> season.name
        }
    }

　　

数据类
在Android开发中，免不了经常定义一些存放数据的实体类，比如用户信息、商品信息等等，每逢定义实体类之时，开发者基本要手工完成以下编码工作：
1、定义实体类的每个字段，以及对字段进行初始赋值的构造函数；
2、定义每个字段的get/set方法；
3、在判断两个数据对象是否相等时，通常要每个字段都比较一遍；
4、在复制数据对象时，如果想修改某几个字段的值，得再加对应数量的赋值语句；
5、在调试程序时，为了解数据对象里保存的字段值，得手工把每个字段值都打印出来；
如此折腾一番，仅仅是定义一个实体类，开发者就必须完成这些繁琐的任务。然而这些任务其实毫无技术含量可言，如果每天都在周而复始地敲实体类的相关编码，毫无疑问跟工地上的搬砖民工差不多，活生生把程序员弄成一个拼时间拼体力的职业。有鉴于此，Kotlin再次不负众望推出了名为“数据类”的大兵器，直接戳中程序员事多、腰酸、睡眠少的痛点，极大程度上将程序员从无涯苦海中拯救出来。
数据类说神秘也不神秘，它的类定义代码极其简单，只要开发者在class前面增加关键字“data”，并声明入参完整的构造函数，即可无缝实现以下功能：
1、自动声明与构造入参同名的属性字段；
2、自动实现每个属性字段的get/set方法；
3、自动提供equals方法，用于比较两个数据对象是否相等；
4、自动提供copy方法，允许完整复制某个数据对象，也可在复制后单独修改某几个字段的值；
5、自动提供toString方法，用于打印数据对象中保存的所有字段值；
功能如此强大的数据类，犹如步枪界的AK47，持有该款自动步枪的战士无疑战斗力倍增。见识了数据类的深厚功力，再来看看它的类代码是怎么定义的：

//数据类必须有主构造函数，且至少有一个输入参数，
//并且要声明与输入参数同名的属性，即输入参数前面添加关键字val或者var，
//数据类不能是基类也不能是子类，不能是抽象类，也不能是内部类，更不能是密封类。
data class Plant(var name:String, var stem:String, var leaf:String, var flower:String, var fruit:String, var seed:String) {
}

想不到吧，原来数据类的实现代码竟然如此简单，当真是此时无招胜有招。当然，为了达到这个代码精简的效果，数据类也得遵循几个规则，或者说是约束条件，毕竟不以规矩不成方圆，正如类定义代码所注释的那样：
1、数据类必须有主构造函数，且至少有一个输入参数，因为它的属性字段要跟输入参数一一对应，如果没有属性字段，这个数据类保存不了数据也就失去存在的意义了；
2、主构造函数的输入参数前面必须添加关键字val或者var，这是保证每个入参都会自动声明同名的属性字段；
3、数据类有自己的一套行事规则，所以它只能是个独立的类，不能是其他类型的类，否则不同规则之间会爆发冲突；
现在利用上面定义的数据类——植物类Plant，演示看看外部如何操作数据类，具体调用代码如下所示：

    var lotus = Plant("莲", "莲藕", "莲叶", "莲花", "莲蓬", "莲子")
    //数据类的copy方法不带参数，表示复制一模一样的对象
    var lotus2 = lotus.copy()
    btn_class_data.setOnClickListener {
        lotus2 = when (count++%2) {
            //copy方法带参数，表示指定参数另外赋值
            0 -> lotus.copy(flower="荷花")
            else -> lotus.copy(flower="莲花")
        }
        //数据类自带equals方法，用于判断两个对象是否一样
        var result = if (lotus2.equals(lotus)) "相等" else "不等"
        tv_class_secret.text = "两个植物的比较结果是${result}\n" +
                "第一个植物的描述是${lotus.toString()}\n" +
                "第二个植物的描述是${lotus2.toString()}"
    }

　　

模板类
在前面的文章《Kotlin入门(11)江湖绝技之特殊函数》中，提到了泛型函数，当时把泛型函数作为全局函数定义，从而在别的地方也能调用它。那么如果某个泛型函数在类内部定义，即变成了这个类的成员方法，又该如何定义它呢？这个问题在Java中是通过模板类（也叫做泛型类）来解决的，例如常见的容器类ArrayList、HashMap均是模板类，Android开发中的异步任务AsyncTask也是模板类。
模板类的应用如此广泛，Kotlin自然而然保留了它，并且写法与Java类似，一样在类名后面补充形如“<T>”或者“<A, B>”的表达式，表示这里的类型待定，要等创建类实例时再确定具体的变量类型。待定的类型可以有一个，如ArrayList；可以有两个，如HashMap；也可以有三个或者更多，如AsyncTask。举个例子，森林里有一条小河，小河的长度可能以数字形式输入（包括Int、Long、Float、Double），也可能以字符串形式输入（String类型）。如果输入的是数字长度，则长度单位采取“m”；如果输入的是字符串长度，则长度单位采取“米”。按照以上需求编写名为River的模板类，具体的类定义代码如下：

//在类名后面添加“<T>”，表示这是一个模板类
class River<T> (var name:String, var length:T) {
    fun getInfo():String {
        var unit:String = when (length) {
            is String -> "米"
            //Int、Long、Float、Double都是数字类型Number
            is Number -> "m"
            else -> ""
        }
        return "${name}的长度是$length$unit。"
    }
}

外部调用模板类构造函数的时候，要在类名后面补充“<参数类型>”，从而动态指定实际的参数类型。不过正如声明变量那样，如果编译器能够根据初始值判断该变量的类型，就无需显式指定该变量的类型；模板类也存在类似的偷懒写法，如果编译器根据输入参数就能知晓参数类型，则调用模板类的构造函数也不必显式指定参数类型。以下是外部使用模板类的代码例子：

    btn_class_generic.setOnClickListener {
        var river = when (count++%4) {
            //模板类(泛型类)声明对象时，要在模板类的类名后面加上“<参数类型>”
            0 -> River<Int>("小溪", 100)
            //如果编译器根据输入参数就能知晓参数类型，也可直接省略“<参数类型>”
            1 -> River("瀑布", 99.9f)
            //当然保守起见，新手最好按规矩添加“<参数类型>”
            2 -> River<Double>("山涧", 50.5)
            //如果你已经是老手了，怎么方便怎么来，Kotlin的设计初衷就是偷懒
            else -> River("大河", "一千")
        }
        tv_class_secret.text = river.getInfo()
    }

　　

总结一下，本文介绍了Kotlin的六种特殊函数，首先嵌套类和内部类都定义在某个外部类的内部，区别在于能否访问外部类的成员；其次枚举类和密封类都提供了有序的枚举值集合，区别在于密封类的定义更加严格；再次是帮助开发者摆脱搬砖命运的数据类；最后是解决未定参数类型的模板类（也叫泛型类）。

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