Kotlin Vocabulary | 数据类

一只小奶狗会有名字、品种以及一堆可爱的特点作为其属性。如果将其建模为一个类，并且只用来保存这些属性数据，那么您应当使用数据类。在使用数据类时，编译器会为您自动生成 toString()、equals() 与 hashCode() 函数，并提供开箱即用的解构与拷贝功能，从而帮您简化工作，使您可以专注于那些需要展示的数据。接下来本文将会带您了解数据类的其他好处、限制以及其实现的内部原理。

用法概览

声明一个数据类，需要使用 data 修饰符并在其构造函数中以 val 或 var 参数的形式指定其属性。您可以为数据类的构造函数提供默认参数，就像其他函数与构造函数一样；您也可以直接访问和修改属性，以及在类中定义函数。

但相比于普通类，您可以获得以下几个好处:

Kotlin 编译器已为您默认实现了 toString()、equals() 与 hashCode() 函数 ，从而避免了一系列人工操作可能造成的小错误，例如: 忘记在每次新增或更新属性后更新这些函数、实现 hashCode 时出现逻辑错误，或是在实现 equals 后忘记实现 hashCode 等；
解构；
通过 copy() 函数轻松进行拷贝。

/* Copyright 2020 Google LLC.  
   SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 */

data class Puppy(
        val name: String,
        val breed: String,
        var cuteness: Int = 11
)

// 创建新的实例
val tofuPuppy = Puppy(name = "Tofu", breed = "Corgi", cuteness = Int.MAX_VALUE)
val tacoPuppy = Puppy(name = "Taco", breed = "Cockapoo")

// 访问和修改属性
val breed = tofuPuppy.breed
tofuPuppy.cuteness++

// 解构
val (name, breed, cuteness) = tofuPuppy
println(name) // prints: "Tofu"

// 拷贝：使用与 tofuPuppy 相同的品种和可爱度创建一个小狗，但名字不同
val tacoPuppy = tofuPuppy.copy(name = "Taco")

限制

数据类有着一系列的限制。

构造函数参数

数据类是作为数据持有者被创建的。为了强制执行这一角色，您必须至少传入一个参数到它的主构造函数，而且参数必须是 val 或 var 属性。尝试添加不带 val 或 var 的参数将会导致编译错误。

作为最佳实践，请考虑使用 val 而不是 var，来提升不可变性，否则可能会出现一些细微的问题。如使用数据类作为 HashMap 对象的键时，容器可能会因为其 var 值的改变而获取出无效的结果。

同样，尝试在主构造函数中添加 vararg 参数也会导致编译错误:

/* Copyright 2020 Google LLC.  
   SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 */

data class Puppy constructor(
    val name: String,
    val breed: String,
    var cuteness: Int = 11,
   // 错误：数据类的的主构造函数中只能包含属性 (val 或 var) 参数         
  playful: Boolean,
  // 错误：数据类型的主构造函数已禁用 vararg 参数
   vararg friends: Puppy 
)

vararg 不被允许是由于 JVM 中数组和集合的 equals() 的实现方法不同。Andrey Breslav 的解释是:

集合的 equals() 进行的是结构化比较，而数组不是，数组使用 equals() 等效于判断其引用是否相等: this === other。

*阅读更多: https://blog.jetbrains.com/kotlin/2015/09/feedback-request-limitations-on-data-classes/

继承

数据类可以继承于接口、抽象类或者普通类，但是不能继承其他数据类。数据类也不能被标记为 open。添加 open 修饰符会导致错误: Modifier ‘open’ is incompatible with ‘data’ (‘open’ 修饰符不兼容 ‘data’)。

内部实现

为了理解这些功能为何能够实现，我们来检查下 Kotlin 究竟生成了什么。为了做到这点，我们需要查看反编译后的 Java 代码: Tools -> Kotlin -> Show Kotlin Bytecode，然后点击 Decompile 按钮。

属性

就像普通的类一样，Puppy 是一个公共 final 类，包含了我们定义的属性以及它们的 getter 和 setter:

/* Copyright 2020 Google LLC.  
   SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 */

public final class Puppy {
   @NotNull
   private final String name;
   @NotNull
   private final String breed;
   private int cuteness;

   @NotNull
   public final String getName() {
      return this.name;
   }

   @NotNull
   public final String getBreed() {
      return this.breed;
   }

   public final int getCuteness() {
      return this.cuteness;
   }

   public final void setCuteness(int var1) {
      this.cuteness = var1;
   }
...
}

构造函数

我们定义的构造函数是由编译器生成的。由于我们在构造函数中使用了默认参数，所以我们也得到了第二个合成构造函数。

/* Copyright 2020 Google LLC.  
   SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 */

public Puppy(@NotNull String name, @NotNull String breed, int cuteness) {
      ...
      this.name = name;
      this.breed = breed;
      this.cuteness = cuteness;
   }

   // $FF: synthetic method
   public Puppy(String var1, String var2, int var3, int var4, DefaultConstructorMarker var5) {
      if ((var4 & 4) != 0) {
         var3 = 11;
      }

      this(var1, var2, var3);
   }
...
}

toString()、hashCode() 和 equals()

Kotlin 会为您生成 toString()、hashCode() 与 equals() 方法。当您修改了数据类或更新了属性之后，也能自动为您更新为正确的实现。就像下面这样，hashCode() 与 equals() 总是需要同步。在 Puppy 类中它们如下所示:

/* Copyright 2020 Google LLC.  
   SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 */

...
  @NotNull
   public String toString() {
      return "Puppy(name=" + this.name + ", breed=" + this.breed + ", cuteness=" + this.cuteness + ")";
   }

   public int hashCode() {
      String var10000 = this.name;
      int var1 = (var10000 != null ? var10000.hashCode() : 0) * 31;
      String var10001 = this.breed;
      return (var1 + (var10001 != null ? var10001.hashCode() : 0)) * 31 + this.cuteness;
   }

   public boolean equals(@Nullable Object var1) {
      if (this != var1) {
         if (var1 instanceof Puppy) {
            Puppy var2 = (Puppy)var1;
            if (Intrinsics.areEqual(this.name, var2.name) && Intrinsics.areEqual(this.breed, var2.breed) && this.cuteness == var2.cuteness) {
               return true;
            }
         }

         return false;
      } else {
         return true;
      }
   }
...

toString 和 hashCode 函数的实现很直接，跟一般您所实现的类似，而 equals 使用了 Intrinsics.areEqual 以实现结构化比较:

public static boolean areEqual(Object first, Object second) {
    return first == null ? second == null : first.equals(second);
}

通过使用方法调用而不是直接实现，Kotlin 语言的开发者可以获得更多的灵活性。如果有需要，他们可以在未来的语言版本中修改 areEqual 函数的实现。

Component

为了实现解构，数据类生成了一系列只返回一个字段的 componentN() 方法。component 的数量取决于构造函数参数的数量:

/* Copyright 2020 Google LLC.  
   SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 */
...
   @NotNull
   public final String component1() {
      return this.name;
   }

   @NotNull
   public final String component2() {
      return this.breed;
   }

   public final int component3() {
      return this.cuteness;
   }
...

您可以通过阅读我们之前的 Kotlin Vocabulary 文章来了解更多有关解构的内容。

拷贝

数据类会生成一个用于创建新对象实例的 copy() 方法，它可以保持任意数量的原对象属性值。您可以认为 copy() 是个含有所有数据对象字段作为参数的函数，它同时用原对象的字段值作为方法参数的默认值。知道了这一点，您就可以理解 Kotlin 为什么会创建两个 copy() 函数: copy 与 copy$default。后者是一个合成方法，用来保证参数没有传值时，可以正确地使用原对象的值:

/* Copyright 2020 Google LLC.  
   SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 */
...
@NotNull
   public final Puppy copy(@NotNull String name, @NotNull String breed, int cuteness) {
      Intrinsics.checkNotNullParameter(name, "name");
      Intrinsics.checkNotNullParameter(breed, "breed");
      return new Puppy(name, breed, cuteness);
   }

   // $FF: synthetic method
   public static Puppy copy$default(Puppy var0, String var1, String var2, int var3, int var4, Object var5) {
      if ((var4 & 1) != 0) {
         var1 = var0.name;
      }

      if ((var4 & 2) != 0) {
         var2 = var0.breed;
      }

      if ((var4 & 4) != 0) {
         var3 = var0.cuteness;
      }

      return var0.copy(var1, var2, var3);
   }
...

总结

数据类是 Kotlin 中最常用的功能之一，原因也很简单 —— 它减少了您需要编写的模板代码、提供了诸如解构和拷贝对象这样的功能，从而让您可以专注于重要的事: 您的应用。

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