Java 中的語(yǔ)法糖，真甜。
我們?cè)谌粘ｉ_發(fā)中經(jīng)常會(huì)使用到諸如泛型、自動(dòng)拆箱和裝箱、內(nèi)部類、增強(qiáng) for 循環(huán)、try-with-resources 語(yǔ)法、lambda 表達(dá)式等，我們只覺得用的很爽，因?yàn)檫@些特性能夠幫助我們減輕開發(fā)工作量;但我們未曾認(rèn)真研究過這些特性的本質(zhì)是什么，那么這篇文章，cxuan 就來為你揭開這些特性背后的真相。
語(yǔ)法糖
在聊之前我們需要先了解一下 語(yǔ)法糖 的概念：語(yǔ)法糖(Syntactic sugar)，也叫做糖衣語(yǔ)法，是英國(guó)科學(xué)家發(fā)明的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，通常來說使用語(yǔ)法糖能夠增加程序的可讀性，從而減少程序代碼出錯(cuò)的機(jī)會(huì)，真是又香又甜。
語(yǔ)法糖指的是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中添加的某種語(yǔ)法，這種語(yǔ)法對(duì)語(yǔ)言的功能并沒有影響，但是更方便程序員使用。因?yàn)?Java 代碼需要運(yùn)行在 JVM 中，JVM 是并不支持語(yǔ)法糖的，語(yǔ)法糖在程序編譯階段就會(huì)被還原成簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，這個(gè)過程就是解語(yǔ)法糖。所以在 Java 中，真正支持語(yǔ)法糖的是 Java 編譯器，真是換湯不換藥，萬(wàn)變不離其宗，關(guān)了燈都一樣。。。。。。
下面我們就來認(rèn)識(shí)一下 Java 中的這些語(yǔ)法糖
泛型
泛型是一種語(yǔ)法糖。在 JDK1.5 中，引入了泛型機(jī)制，但是泛型機(jī)制的本身是通過類型擦除 來實(shí)現(xiàn)的，在 JVM 中沒有泛型，只有普通類型和普通方法，泛型類的類型參數(shù)，在編譯時(shí)都會(huì)被擦除。泛型并沒有自己獨(dú)特的 Class類型。如下代碼所示
- List<Integer> aList = new ArrayList();
- List<String> bList = new ArrayList();
- System.out.println(aList.getClass() == bList.getClass());
List 和 List 被認(rèn)為是不同的類型，但是輸出卻得到了相同的結(jié)果，這是因?yàn)椋盒托畔⒅淮嬖谟诖a編譯階段，在進(jìn)入 JVM 之前，與泛型相關(guān)的信息會(huì)被擦除掉，專業(yè)術(shù)語(yǔ)叫做類型擦除。但是，如果將一個(gè) Integer 類型的數(shù)據(jù)放入到 List 中或者將一個(gè) String 類型的數(shù)據(jù)放在 List 中是不允許的。
如下圖所示
無法將一個(gè) Integer 類型的數(shù)據(jù)放在 List 和無法將一個(gè) String 類型的數(shù)據(jù)放在 List 中是一樣會(huì)編譯失敗。
自動(dòng)拆箱和自動(dòng)裝箱
自動(dòng)拆箱和自動(dòng)裝箱是一種語(yǔ)法糖，它說的是八種基本數(shù)據(jù)類型的包裝類和其基本數(shù)據(jù)類型之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。簡(jiǎn)單的說，裝箱就是自動(dòng)將基本數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換為包裝器類型;拆箱就是自動(dòng)將包裝器類型轉(zhuǎn)換為基本數(shù)據(jù)類型。
我們先來了解一下基本數(shù)據(jù)類型的包裝類都有哪些
也就是說，上面這些基本數(shù)據(jù)類型和包裝類在進(jìn)行轉(zhuǎn)換的過程中會(huì)發(fā)生自動(dòng)裝箱/拆箱，例如下面代碼
- Integer integer = 66; // 自動(dòng)拆箱
- int i1 = integer; // 自動(dòng)裝箱
上面代碼中的 integer 對(duì)象會(huì)使用基本數(shù)據(jù)類型來進(jìn)行賦值，而基本數(shù)據(jù)類型 i1 卻把它賦值給了一個(gè)對(duì)象類型，一般情況下是不能這樣操作的，但是編譯器卻允許我們這么做，這其實(shí)就是一種語(yǔ)法糖。這種語(yǔ)法糖使我們方便我們進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算，如果沒有語(yǔ)法糖，在進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算時(shí)，你需要先將對(duì)象轉(zhuǎn)換成基本數(shù)據(jù)類型，基本數(shù)據(jù)類型同時(shí)也需要轉(zhuǎn)換成包裝類型才能使用其內(nèi)置的方法，無疑增加了代碼冗余。
那么自動(dòng)拆箱和自動(dòng)裝箱是如何實(shí)現(xiàn)的呢?
其實(shí)這背后的原理是編譯器做了優(yōu)化。將基本類型賦值給包裝類其實(shí)是調(diào)用了包裝類的 valueOf() 方法創(chuàng)建了一個(gè)包裝類再賦值給了基本類型。
- int i1 = Integer.valueOf(1);
而包裝類賦值給基本類型就是調(diào)用了包裝類的 xxxValue() 方法拿到基本數(shù)據(jù)類型后再進(jìn)行賦值。
- Integer i1 = new Integer(1).intValue();
我們使用 javap -c 反編譯一下上面的自動(dòng)裝箱和自動(dòng)拆箱來驗(yàn)證一下
可以看到，在 Code 2 處調(diào)用 invokestatic 的時(shí)候，相當(dāng)于是編譯器自動(dòng)為我們添加了一下 Integer.valueOf 方法從而把基本數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換為了包裝類型。
在 Code 7 處調(diào)用了 invokevirtual 的時(shí)候，相當(dāng)于是編譯器為我們添加了 Integer.intValue() 方法把 Integer 的值轉(zhuǎn)換為了基本數(shù)據(jù)類型。
枚舉
我們?cè)谌粘ｉ_發(fā)中經(jīng)常會(huì)使用到 enum 和 public static final ... 這類語(yǔ)法。那么什么時(shí)候用 enum 或者是 public static final 這類常量呢?好像都可以。
但是在 Java 字節(jié)碼結(jié)構(gòu)中，并沒有枚舉類型。枚舉只是一個(gè)語(yǔ)法糖，在編譯完成后就會(huì)被編譯成一個(gè)普通的類，也是用 Class 修飾。這個(gè)類繼承于 java.lang.Enum，并被 final 關(guān)鍵字修飾。
我們舉個(gè)例子來看一下
- public enum School {
- STUDENT,
- TEACHER;
- }
這是一個(gè) School 的枚舉，里面包括兩個(gè)字段，一個(gè)是 STUDENT ，一個(gè)是 TEACHER，除此之外并無其他。
下面我們使用 javap 反編譯一下這個(gè) School.class 。反編譯完成之后的結(jié)果如下
從圖中我們可以看到，枚舉其實(shí)就是一個(gè)繼承于 java.lang.Enum 類的 class 。而里面的屬性 STUDENT 和 TEACHER 本質(zhì)也就是 public static final 修飾的字段。這其實(shí)也是一種編譯器的優(yōu)化，畢竟 STUDENT 要比 public static final School STUDENT 的美觀性、簡(jiǎn)潔性都要好很多。
除此之外，編譯器還會(huì)為我們生成兩個(gè)方法，values() 方法和 valueOf 方法，這兩個(gè)方法都是編譯器為我們添加的方法，通過使用 values() 方法可以獲取所有的 Enum 屬性值，而通過 valueOf 方法用于獲取單個(gè)的屬性值。
注意，Enum 的 values() 方法不屬于 JDK API 的一部分，在 Java 源碼中，沒有 values() 方法的相關(guān)注釋。
用法如下
- public enum School {
- STUDENT("Student"),
- TEACHER("Teacher");
- private String name;
- School(String name){
- this.name = name;
- }
- public String getName() {
- return name;
- }
- public static void main(String[] args) {
- System.out.println(School.STUDENT.getName());
- School[] values = School.values();
- for(School school : values){
- System.out.println("name = "+ school.getName());
- }
- }
- }
內(nèi)部類
內(nèi)部類是 Java 一個(gè)小眾 的特性，我之所以說小眾，并不是說內(nèi)部類沒有用，而是我們?nèi)粘ｉ_發(fā)中其實(shí)很少用到，但是翻看 JDK 源碼，發(fā)現(xiàn)很多源碼中都有內(nèi)部類的構(gòu)造。比如常見的 ArrayList 源碼中就有一個(gè) Itr 內(nèi)部類繼承于 Iterator 類;再比如 HashMap 中就構(gòu)造了一個(gè) Node 繼承于 Map.Entry 來表示 HashMap 的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)。
Java 語(yǔ)言中之所以引入內(nèi)部類，是因?yàn)橛行r(shí)候一個(gè)類只想在一個(gè)類中有用，不想讓其在其他地方被使用，也就是對(duì)外隱藏內(nèi)部細(xì)節(jié)。
內(nèi)部類其實(shí)也是一個(gè)語(yǔ)法糖，因?yàn)槠渲皇且粋€(gè)編譯時(shí)的概念，一旦編譯完成，編譯器就會(huì)為內(nèi)部類生成一個(gè)單獨(dú)的class 文件，名為 outer$innter.class。
下面我們就根據(jù)一個(gè)示例來驗(yàn)證一下。
- public class OuterClass {
- private String label;
- class InnerClass {
- public String linkOuter(){
- return label = "inner";
- }
- }
- public static void main(String[] args) {
- OuterClass outerClass = new OuterClass();
- InnerClass innerClass = outerClass.new InnerClass();
- System.out.println(innerClass.linkOuter());
- }
- }
上面這段編譯后就會(huì)生成兩個(gè) class 文件，一個(gè)是 OuterClass.class ，一個(gè)是 OuterClass$InnerClass.class ，這就表明，外部類可以鏈接到內(nèi)部類，內(nèi)部類可以修改外部類的屬性等。
我們來看一下內(nèi)部類編譯后的結(jié)果
如上圖所示，內(nèi)部類經(jīng)過編譯后的 linkOuter() 方法會(huì)生成一個(gè)指向外部類的 this 引用，這個(gè)引用就是連接外部類和內(nèi)部類的引用。
變長(zhǎng)參數(shù)
變長(zhǎng)參數(shù)也是一個(gè)比較小眾的用法，所謂變長(zhǎng)參數(shù)，就是方法可以接受長(zhǎng)度不定確定的參數(shù)。一般我們開發(fā)不會(huì)使用到變長(zhǎng)參數(shù)，而且變長(zhǎng)參數(shù)也不推薦使用，它會(huì)使我們的程序變的難以處理。但是我們有必要了解一下變長(zhǎng)參數(shù)的特性。
其基本用法如下
- public class VariableArgs {
- public static void printMessage(String... args){
- for(String str : args){
- System.out.println("str = " + str);
- }
- }
- public static void main(String[] args) {
- VariableArgs.printMessage("l","am","cxuan");
- }
- }
變長(zhǎng)參數(shù)也是一種語(yǔ)法糖，那么它是如何實(shí)現(xiàn)的呢?我們可以猜測(cè)一下其內(nèi)部應(yīng)該是由數(shù)組構(gòu)成，否則無法接受多個(gè)值，那么我們反編譯看一下是不是由數(shù)組實(shí)現(xiàn)的。
可以看到，printMessage() 的參數(shù)就是使用了一個(gè)數(shù)組來接收，所以千萬(wàn)別被變長(zhǎng)參數(shù)忽悠了!
變長(zhǎng)參數(shù)特性是在 JDK 1.5 中引入的，使用變長(zhǎng)參數(shù)有兩個(gè)條件，一是變長(zhǎng)的那一部分參數(shù)具有相同的類型，二是變長(zhǎng)參數(shù)必須位于方法參數(shù)列表的最后面。
增強(qiáng) for 循環(huán)
為什么有了普通的 for 循環(huán)后，還要有增強(qiáng) for 循環(huán)呢?想一下，普通 for 循環(huán)你不是需要知道遍歷次數(shù)?每次還需要知道數(shù)組的索引是多少，這種寫法明顯有些繁瑣。增強(qiáng) for 循環(huán)與普通 for 循環(huán)相比，功能更強(qiáng)并且代碼更加簡(jiǎn)潔，你無需知道遍歷的次數(shù)和數(shù)組的索引即可進(jìn)行遍歷。
增強(qiáng) for 循環(huán)的對(duì)象要么是一個(gè)數(shù)組，要么實(shí)現(xiàn)了 Iterable 接口。這個(gè)語(yǔ)法糖主要用來對(duì)數(shù)組或者集合進(jìn)行遍歷，其在循環(huán)過程中不能改變集合的大小。
- public static void main(String[] args) {
- String[] params = new String[]{"hello","world"};
- //增強(qiáng)for循環(huán)對(duì)象為數(shù)組
- for(String str : params){
- System.out.println(str);
- }
- List<String> lists = Arrays.asList("hello","world");
- //增強(qiáng)for循環(huán)對(duì)象實(shí)現(xiàn)Iterable接口
- for(String str : lists){
- System.out.println(str);
- }
- }
經(jīng)過編譯后的 class 文件如下
- public static void main(String[] args) {
- String[] params = new String[]{"hello", "world"};
- String[] lists = params;
- int var3 = params.length;
- //數(shù)組形式的增強(qiáng)for退化為普通for
- for(int str = 0; str < var3; ++str) {
- String str1 = lists[str];
- System.out.println(str1);
- }
- List var6 = Arrays.asList(new String[]{"hello", "world"});
- Iterator var7 = var6.iterator();
- //實(shí)現(xiàn)Iterable接口的增強(qiáng)for使用iterator接口進(jìn)行遍歷
- while(var7.hasNext()) {
- String var8 = (String)var7.next();
- System.out.println(var8);
- }
- }
如上代碼所示，如果對(duì)數(shù)組進(jìn)行增強(qiáng) for 循環(huán)的話，其內(nèi)部還是對(duì)數(shù)組進(jìn)行遍歷，只不過語(yǔ)法糖把你忽悠了，讓你以一種更簡(jiǎn)潔的方式編寫代碼。
而對(duì)繼承于 Iterator 迭代器進(jìn)行增強(qiáng) for 循環(huán)遍歷的話，相當(dāng)于是調(diào)用了 Iterator 的 hasNext() 和 next() 方法。
Switch 支持字符串和枚舉
switch 關(guān)鍵字原生只能支持整數(shù)類型。如果 switch 后面是 String 類型的話，編譯器會(huì)將其轉(zhuǎn)換成 String 的hashCode 的值，所以其實(shí) switch 語(yǔ)法比較的是 String 的 hashCode 。
如下代碼所示
- public class SwitchCaseTest {
- public static void main(String[] args) {
- String str = "cxuan";
- switch (str){
- case "cuan":
- System.out.println("cuan");
- break;
- case "xuan":
- System.out.println("xuan");
- break;
- case "cxuan":
- System.out.println("cxuan");
- break;
- default:
- break;
- }
- }
- }
我們反編譯一下，看看我們的猜想是否正確
根據(jù)字節(jié)碼可以看到，進(jìn)行 switch 的實(shí)際是 hashcode 進(jìn)行判斷，然后通過使用 equals 方法進(jìn)行比較，因?yàn)樽址锌赡軙?huì)產(chǎn)生哈希沖突的現(xiàn)象。
條件編譯
這個(gè)又是讓小伙伴們摸不著頭腦了，什么是條件編譯呢?其實(shí)，如果你用過 C 或者 C++ 你就知道可以通過預(yù)處理語(yǔ)句來實(shí)現(xiàn)條件編譯。
那么什么是條件編譯呢?
一般情況下，源程序中所有的行都參加編譯。但有時(shí)希望對(duì)其中一部分內(nèi)容只在滿足一定條件下才進(jìn)行編譯，即對(duì)一部分內(nèi)容指定編譯條件，這就是 條件編譯(conditional compile)。
- #define DEBUG
- #IFDEF DEBUUG
- /*
- code block 1
- */
- #ELSE
- /*
- code block 2
- */
- #ENDIF
但是在 Java 中沒有預(yù)處理和宏定義這些內(nèi)容，那么我們想實(shí)現(xiàn)條件編譯，應(yīng)該怎樣做呢?
使用 final + if 的組合就可以實(shí)現(xiàn)條件編譯了。如下代碼所示
- public static void main(String[] args) {
- final boolean DEBUG = true;
- if (DEBUG) {
- System.out.println("Hello, world!");
- } else {
- System.out.println("nothing");
- }
- }
這段代碼會(huì)發(fā)生什么?我們反編譯看一下
我們可以看到，我們明明是使用了 if …else 語(yǔ)句，但是編譯器卻只為我們編譯了 DEBUG = true 的條件，
所以，Java 語(yǔ)法的條件編譯，是通過判斷條件為常量的 if 語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)的，編譯器不會(huì)為我們編譯分支為 false 的代碼。
斷言
你在 Java 中使用過斷言作為日常的判斷條件嗎?
斷言：也就是所謂的 assert 關(guān)鍵字，是 jdk 1.4 后加入的新功能。它主要使用在代碼開發(fā)和測(cè)試時(shí)期，用于對(duì)某些關(guān)鍵數(shù)據(jù)的判斷，如果這個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)不是你程序所預(yù)期的數(shù)據(jù)，程序就提出警告或退出。當(dāng)軟件正式發(fā)布后，可以取消斷言部分的代碼。它也是一個(gè)語(yǔ)法糖嗎?現(xiàn)在我不告訴你，我們先來看一下 assert 如何使用。
- //這個(gè)成員變量的值可以變，但最終必須還是回到原值5
- static int i = 5;
- public static void main(String[] args) {
- assert i == 5;
- System.out.println("如果斷言正常，我就被打印");
- }
如果要開啟斷言檢查，則需要用開關(guān) -enableassertions 或 -ea 來開啟。其實(shí)斷言的底層實(shí)現(xiàn)就是 if 判斷，如果斷言結(jié)果為 true，則什么都不做，程序繼續(xù)執(zhí)行，如果斷言結(jié)果為 false，則程序拋出 AssertError 來打斷程序的執(zhí)行。
assert 斷言就是通過對(duì)布爾標(biāo)志位進(jìn)行了一個(gè) if 判斷。
try-with-resources
JDK 1.7 開始，java引入了 try-with-resources 聲明，將 try-catch-finally 簡(jiǎn)化為 try-catch，這其實(shí)是一種語(yǔ)法糖，在編譯時(shí)會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化為 try-catch-finally 語(yǔ)句。新的聲明包含三部分：try-with-resources 聲明、try 塊、catch 塊。它要求在 try-with-resources 聲明中定義的變量實(shí)現(xiàn)了 AutoCloseable 接口，這樣在系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)用它們的 close 方法，從而替代了 finally 中關(guān)閉資源的功能。
如下代碼所示
- public class TryWithResourcesTest {
- public static void main(String[] args) {
- try(InputStream inputStream = new FileInputStream(new File("xxx"))) {
- inputStream.read();
- }catch (Exception e){
- e.printStackTrace();
- }
- }
- }
我們可以看一下 try-with-resources 反編譯之后的代碼
可以看到，生成的 try-with-resources 經(jīng)過編譯后還是使用的 try…catch…finally 語(yǔ)句，只不過這部分工作由編譯器替我們做了，這樣能讓我們的代碼更加簡(jiǎn)潔，從而消除樣板代碼。
字符串相加
這個(gè)想必大家應(yīng)該都知道，字符串的拼接有兩種，如果能夠在編譯時(shí)期確定拼接的結(jié)果，那么使用 + 號(hào)連接的字符串會(huì)被編譯器直接優(yōu)化為相加的結(jié)果，如果編譯期不能確定拼接的結(jié)果，底層會(huì)直接使用 StringBuilder 的 append 進(jìn)行拼接，如下圖所示。
- public class StringAppendTest {
- public static void main(String[] args) {
- String s1 = "I am " + "cxuan";
- String s2 = "I am " + new String("cxuan");
- String s3 = "I am ";
- String s4 = "cxuan";
- String s5 = s3 + s4;
- }
- }
上面這段代碼就包含了兩種字符串拼接的結(jié)果，我們反編譯看一下
首先來看一下 s1 ，s1 因?yàn)?= 號(hào)右邊是兩個(gè)常量，所以兩個(gè)字符串拼接會(huì)被直接優(yōu)化成為 I am cxuan。而 s2 由于在堆空間中分配了一個(gè) cxuan 對(duì)象，所以 + 號(hào)兩邊進(jìn)行字符串拼接會(huì)直接轉(zhuǎn)換為 StringBuilder ，調(diào)用其 append 方法進(jìn)行拼接，最后再調(diào)用 toString() 方法轉(zhuǎn)換成字符串。
而由于 s5 進(jìn)行拼接的兩個(gè)對(duì)象在編譯期不能判定其拼接結(jié)果，所以會(huì)直接使用 StringBuilder 進(jìn)行拼接。
學(xué)習(xí)語(yǔ)法糖的意義
互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，有很多標(biāo)新立異的想法和框架層出不窮，但是，我們對(duì)于學(xué)習(xí)來說應(yīng)該抓住技術(shù)的核心。然而，軟件工程是一門協(xié)作的藝術(shù)，對(duì)于工程來說如何提高工程質(zhì)量，如何提高工程效率也是我們要關(guān)注的，既然這些語(yǔ)法糖能輔助我們以更好的方式編寫備受歡迎的代碼，我們程序員為什么要 抵制 呢?
語(yǔ)法糖也是一種進(jìn)步，這就和你寫作文似的，大白話能把故事講明白的它就沒有語(yǔ)言優(yōu)美、酣暢淋漓的把故事講生動(dòng)的更令人喜歡。
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