空安全
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 的类型系统旨在从我们的代码中消除 NullPointerException
。NPE 的唯一可能的原因可能是:
- 显式调用
throw NullPointerException()
; - 使用了下文描述的
!!
操作符; - 有些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; - 用于具有错误可空性的 Java 互操作的泛型类型,例如一段 Java 代码可能会向 Kotlin 的
MutableList<String>
中加入null
,这意味着应该使用MutableList<String?>
来处理它; - 由外部 Java 代码引发的其他问题。
- 企图访问平台类型的
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,我们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
但是我们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(即在检测和使用之间没有修改过的局部变量 ,或者不可覆盖并且有幕后字段的 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
你的第二个选择是安全调用操作符,写作 ?.
:
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,如果一个员工 Bob 可能会(或者不会)分配给一个部门, 并且可能有另外一个员工是该部门的负责人,那么获取 Bob 所在部门负责人(如果有的话)的名字,我们写作:
bob?.department?.head?.name
如果任意一个属性(环节)为空,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空都会跳过赋值,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()
Elvis 操作符
当我们有一个可空的引用 b
时,我们可以说“如果 b
非空,我使用它;否则使用某个非空的值”:
val l: Int = if (b != null) b.length else -1
除了完整的 if-表达式,这还可以通过 Elvis 操作符表达,写作 ?:
:
val l = b?.length ?: -1
如果 ?:
左侧表达式非空,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,当且仅当左侧为空时,才会对右侧表达式求值。
请注意,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。这可能会非常方便,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,若该值为空则抛出异常。我们可以写 b!!
,这会返回一个非空的 b
值 (例如:在我们例子中的 String
)或者如果 b
为空,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()