空值安全

可空类型与非空类型

Kotlin 的类型系统旨在消除空引用的危险，这也被称为价值十亿美元的错误。

在包括 Java 在内的许多编程语言中，最常见的陷阱之一是访问一个空引用的成员会导致空引用异常。在 Java 中，这相当于 NullPointerException ，或者简称为 NPE。

Kotlin 中唯一可能导致 NPE 的原因是：

显式调用 throw NullPointerException()。
使用下面描述的 !! 操作符。
初始化数据不一致，例如：
- 一个在构造函数中未初始化的 this 被传递并在某处使用（“泄漏的 this”）。
- 父类构造函数调用一个 open 成员，其在派生类中的实现使用了未初始化的状态。
Java 互操作性：
- 尝试访问一个平台类型的 null 引用的成员；
- 使用泛型进行 Java 互操作时的空值问题。例如，一段 Java 代码可能向 Kotlin 的 MutableList<String> 中添加 null ，因此需要一个 MutableList<String?> 来处理它。
- 由外部 Java 代码引起的其他问题。

在 Kotlin 中，类型系统区分了可以持有 null 的引用（可空引用）和不能持有 null 的引用（非空引用）。例如，类型为 String 的普通变量不能持有 null：

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

为了允许 null ，你可以通过写 String? 来声明一个可空字符串变量：

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

现在，当你调用 a 的方法或访问它的属性，可以保证不会导致 NPE，所以你可以安全地编写：

val l = a.length

但是如果你想访问 b 的同一个属性，这样做是不安全的，编译器会报错：

val l = b.length // 错误：变量 'b' 可能为 null

但是你仍然需要访问那个属性，对吧？有几种方法可以做到这一点。

检查条件中的 `null`

首先，你可以显式检查 b 是否为 null ，并分别处理这两种情况：

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

编译器会跟踪你执行的检查信息，并允许在 if 内调用 length。更复杂的条件也是支持的：

fun main() {
//sampleStart
    val b: String? = "Kotlin"
    if (b != null && b.length > 0) {
        print("字符串的长度是 ${b.length}")
    } else {
        print("空字符串")
    }
//sampleEnd
}

注意，这仅在 b 是不可变的情况下有效（即，它是一个在检查和使用之间没有被修改的局部变量，或者它是一个有幕后字段且不可重写的成员 val）。否则，在检查之后 b 可能会变为 null。

安全调用

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) // 不必要的安全调用
//sampleEnd
}

如果 b 不为 null，则返回 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非常有用。例如，Bob 是一个员工，可能会被分配到一个部门（也可能不会）。那个部门又可能有另一个员工担任部门主管。为了获取 Bob 部门主管的名字（如果有的话），你可以这样写：

bob?.department?.head?.name

这样的链式调用在其中任何一个属性为 null 时都会返回 null。

为了仅对非空值执行特定操作，你可以将安全调用操作符与 let 一起使用：

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

安全调用也可以放在赋值的左侧。如果安全调用链中的一个接收者为 null ，赋值会被跳过，并且右侧的表达式根本不会被求值：

// 如果 `person` 或 `person.department` 为空，则不调用该函数：
person?.department?.head = managersPool.getManager()

可空接收者

扩展函数可以定义在可空接收者上。这样，你可以为 null 值指定行为，而无需在每个调用点使用空值检查逻辑。

例如， toString() 函数定义在一个可空接收者上。它返回字符串 "null"（而不是 null 值）。这在某些情况下非常有用，例如日志记录：

val person: Person? = null
logger.debug(person.toString()) // 记录 "null"，不会抛出异常

如果你希望 toString() 调用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 timestamp 为 `null` 的情况
}

Elvis 运算符

当你有一个可空引用 b 时，你可以这样说：“如果 b 不为 null ，使用它，否则使用某个非空值”：

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

不用写完整的 if 表达式，你也可以使用 Elvis 运算符 ?: 来表达这个意思：

val l = b?.length ?: -1

如果 ?: 左侧的表达式不为 null ，Elvis 运算符返回它本身的值，否则，返回右侧的表达式。注意，只有当左侧为 null 时，右侧的表达式才会被求值。

由于 throw 和 return 在 Kotlin 中也是表达式，因此它们也可以用在 Elvis 运算符的右侧。这在检查函数参数时非常方便，例如：

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：非空断言操作符（!! ）将任何值转换为非空类型，如果值为 null ，则抛出异常。你可以写 b!! ，这将返回 b 的非空值（例如，我们的示例中的 String ），或者如果 b 为 null 则抛出 NPE：

val l = b!!.length

因此，如果你想要一个 NPE，你可以获得它，但你必须明确要求它，它不会突然出现。

安全类型转换

普通的类型转换如果对象不是目标类型可能会导致 ClassCastException。另一种选择是使用安全类型转换，它在尝试失败时返回 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，并且想要过滤掉非空元素，可以使用 filterNotNull：

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

接下来做什么？

学习如何在 Java 和 Kotlin 中处理空值。
了解绝对非空类型的泛型。

Last modified: 08 九月 2024