空安全

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可空类型与非空类型

Kotlin 的类型系统旨在消除来自代码空引用的危险，也称为《十亿美元的错误》。

许多编程语言（包括 Java）中最常见的陷阱之一，就是访问空引用的成员会导致空引用异常。在 Java 中，这等同于 NullPointerException 或简称 NPE。

Kotlin 中 NPE 的可能的原因只可能是：

显式调用 throw NullPointerException()。
使用了下文描述的 !! 操作符。
数据在初始化时不一致，例如当：
- 传递一个在构造函数中出现的未初始化的 this 并用于其他地方（“泄漏 this”）。
- 超类的构造函数调用一个开放成员，该成员在派生中类的实现使用了未初始化的状态。
Java 互操作：
- 企图访问平台类型的 null 引用的成员；
- 用于 Java 互操作的泛型类型的可空性问题，例如一段 Java 代码可能会向 Kotlin 的 MutableList<String> 中加入 null，就需要一个 MutableList<String?> 才能处理。
- 由外部 Java 代码引发的其他问题。

在 Kotlin 中，类型系统区分一个引用可以容纳 null （可空引用）还是不能容纳（非空引用）。例如，String 类型的常规变量不能容纳 null：

fun main() {
//sampleStart
    var a: String = "abc" // 默认情况下，常规初始化意味着非空
    a = null // 编译错误
//sampleEnd
}

如果要允许为空，可以声明一个变量为可空字符串（写作 String?）：

fun main() {
//sampleStart
    var b: String? = "abc" // 可以设置为空
    b = null // ok
    print(b)
//sampleEnd
}

现在，如果你调用 a 的方法或者访问它的属性，它保证不会导致 NPE，这样你就可以放心地使用：

val l = a.length

但是如果你想访问 b 的同一个属性，那么这是不安全的，并且编译器会报告一个错误：

val l = b.length // 错误：变量“b”可能为空

但是，还是需要访问该属性，对吧？有几种方式可以做到。

在条件中检测 `null`

首先，你可以显式检测 b 是否为 null，并分别处理两种可能：

val l = if (b != null) b.length else -1

编译器会跟踪所执行检测的信息，并允许你在 if 内部调用 length。同时，也支持更复杂（更智能）的条件：

fun main() {
//sampleStart
    val b: String? = "Kotlin"
    if (b != null && b.length > 0) {
        print("String of length ${b.length}")
    } else {
        print("Empty string")
    }
//sampleEnd
}

请注意，这只适用于 b 是不可变的情况（即在检测与使用之间没有修改过的局部变量，或是有幕后字段且不可覆盖的 val 成员），因为否则可能会发生在检测之后 b 又变为 null 的情况。

安全的调用

访问可空变量的属性的第二种选择是使用安全调用操作符 ?.：

fun main() {
//sampleStart
    val a = "Kotlin"
    val b: String? = null
    println(b?.length)
    println(a?.length) // 无需安全调用
//sampleEnd
}

如果 b 非空，就返回 b.length，否则返回 null，这个表达式的类型是 Int?。

安全调用在链式调用中很有用。例如，一个员工 Bob 可能会（或者不会）分配给一个部门。可能有另外一个员工是该部门的负责人。获取 Bob 所在部门负责人（如果有的话）的名字，写作：

bob?.department?.head?.name

如果任意一个属性（环节）为 null，这个链式调用就会返回 null。

如果要只对非空值执行某个操作，安全调用操作符可以与 let 一起使用：

fun main() {
//sampleStart
    val listWithNulls: List<String?> = listOf("Kotlin", null)
    for (item in listWithNulls) {
         item?.let { println(it) } // 输出 Kotlin 并忽略 null
    }
//sampleEnd
}

安全调用也可以出现在赋值的左侧。这样，如果调用链中的任何一个接收者为 null 都会跳过赋值，而右侧的表达式根本不会求值：

// 如果 `person` 或者 `person.department` 其中之一为空，都不会调用该函数：
person?.department?.head = managersPool.getManager()

可空接收者

可以为可空接收者定义扩展函数。这样就可以为空值指定行为，而无需在每个调用处都使用空检测逻辑。

例如，toString() 函数就是为可空接收者定义的。它返回字符串 “null”（而不是 null 值）。这在某些情况下很有用，例如，记录日志：

val person: Person? = null
logger.debug(person.toString()) // 日志记录“null”，不抛异常

如果希望调用 toString() 返回一个可空字符串，请使用安全调用操作符 ?.：

var timestamp: Instant? = null
val isoTimestamp = timestamp?.toString() // 返回一个 String? 对象其值为 `null`
if (isoTimestamp == null) {
   // 处理时间戳为 `null` 的情况
}

Elvis 操作符

当有一个可空的引用 b 时，可以说“如果 b 不是 null，就使用它；否则使用某个非空的值”：

val l: Int = if (b != null) b.length else -1

除了写完整的 if 表达式，还可以使用 Elvis 操作符 ?: 来表达：

val l = b?.length ?: -1

如果 ?: 左侧表达式不是 null，Elvis 操作符就返回其左侧表达式，否则返回右侧表达式。请注意，当且仅当左侧为 null 时，才会对右侧表达式求值。

因为 throw 和 return 在 Kotlin 中都是表达式，所以它们也可以用在 elvis 操作符右侧。这可能会很方便，例如，检测函数参数：

fun foo(node: Node): String? {
    val parent = node.getParent() ?: return null
    val name = node.getName() ?: throw IllegalArgumentException("name expected")
    // ……
}

`!!` 操作符

第三种选择是为 NPE 爱好者准备的：非空断言运算符（!!）将任何值转换为非空类型，若该值为 null 则抛出异常。可以写 b!! ，这会返回一个非空的 b 值（例如：在我们示例中的 String）或者如果 b 为 null，就会抛出一个 NPE 异常：

val l = b!!.length

因此，如果你想要一个 NPE，你可以得到它，但是你必须显式要求它，否则它不会不期而至。

安全的类型转换

如果对象不是目标类型，那么常规类型转换可能会导致 ClassCastException。另一个选择是使用安全的类型转换，如果尝试转换不成功则返回 null：

val aInt: Int? = a as? Int

可空类型的集合

如果你有一个可空类型元素的集合，并且想要过滤非空元素，你可以使用 filterNotNull 来实现：

val nullableList: List<Int?> = listOf(1, 2, null, 4)
val intList: List<Int> = nullableList.filterNotNull()

下一步做什么？

了解如何在 Java 与 Kotlin 中处理可空性。
Learn about generic types that are definitely non-nullable.

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