Kotlin 宣布一个超级特性

2024-01-24 13:29:58

Kotlin 1.5 宣布了一个重磅特性 value class，这是一个非常实用的特性，提高代码的可读性同时，还可以提高性能，因为编译器会对它进行更深层次的优化，减少对象的创建。

随着 Kotlin 不断的完善，出现了一系列的特性 inner class 、 data class 、 sealed class 、sealed interface 、inline class 、value class 等等

而今天这篇文章主要分析 inline class 和 value class。

通过这篇文章你将学习到以下内容：

  • 什么是内联函数？
    • 什么情况下使用内联函数？
  • 什么是 inline class ？
  • 什么是 value class ？
    • value class 不能被继承
    • value class 可以实现接口
    • 当传递的对象为空时，会失去内联效果
    • value class 禁止使用 === 可以使用 ==
  • inline class 和 value class 有什么区别？
  • Java 如何调用接受内联类的函数？

内联函数

在 Kotlin 中通过 inline-functions 内联函数 实现函数内联，内联的作用：提升运行效率，调用被 inline 修饰符的函数，会把方法体内的代码放到调用的地方，其主要目的提高性能，减少对象的创建。内联函数代码如下所示。

fun testInline() {
    printByteCode()
}

inline fun printByteCode() {
    println("printByteCode")
}

// 编译之后
public static final void testInline() {
  String var1 = "printByteCode";
  System.out.println(var1);
}

inline 修饰的函数适用于以下情况

  • inline 修饰符适用于把函数作为另一个函数的参数，例如高阶函数 filter 、 map 、 joinToString 或者一些独立的函数 repeat
  • inline 操作符适合和 reified 操作符结合在一起使用
  • 如果函数体很短，使用 inline 操作符提高效率

如果使用 inline 修饰符标记普通函数，Android Studio 会给一个大大大的警告，如下图所示，这是为了防止 inline 操作符滥用而带来的性能损失。

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但是如果函数体很短，想通过 inline 操作符提高效率，又想消除掉警告，可以前往查看 为数不多的人知道的 Kotlin 技巧及解析(三) 文章中的 「Kotlin 注解在项目中的使用」。

内联类

内联类是一个被忽略，非常有用的特性。有时必要的业务逻辑，需要将基本数据类型、String 等等参数封装在一个 Model 中，然后在 Model 中封装一些方法，对这个参数做检查、验证等等操作。

参数被封装之后，需要创建包装对象，对象的创建在堆中进行分配，数据量很大的情况，对性能的损耗也非常大，例如：内存的占用，运行时的效率，频繁创建对象，导致 GC 回收大量对象带来的卡顿问题等等。

基本数据类型、String 等等运行时 JVM 会对它进行优化，但是如果将这些参数封装在一个类中，包装类不会做任何处理，依然会在堆中创建对象。

所以为了减少性能的损耗，避免对象的创建，因此 Kotlin 推出了一个内联类 inline-classes。内联类只能在构造函数中传入一个参数，参数需要用 val 声明，编译之后，会替换为传进去的值，代码如下所示。

inline class User(val name: String)

fun testInline() {
    println(User("DHL"))
}

// 编译之后
public static final void testInline() {
  System.out.println("DHL");
}

正如你所见，编译后的 Java 代码并没有创建额外的对象，在 Kotlin 中创建的对象被替换为传进去的值。

Java 如何调用接受内联类的函数

在 Kotlin 中声明一个函数，并且将 inline class 作为参数传递，编译成 Java 代码之后，函数名称会被打乱，代码如下所示。

inline class User(val name: String) 

fun login(user: User) {
}

// 编译后的代码
public static final void login_FY_U7ig/* $FF was: login-FY_U7ig*/(@NotNull String user) {
}

编译后的函数名称会被打乱，例如 login-FY_U7ig。 但是这样存在一个问题， Java 无法调用接受内联类的函数，代码如下所示。

inline class User(val name: String) 

fun login(user: User) {
}

fun login(passwd: String) {
}

// Kotlin 编译正常
login(User("DHL"))
login("ByteCode")

// Java 编译失败
MainKt.login("DHL");

在 Kotlin 中调用，可以正常编译，因为内联的原因，导致 Java 调用就会失败，如下图所示。

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为了能够在 Java 中正常调用，因此添加了注解 @JvmName 更改函数名称，来解决这个问题，代码如下所示。

inline class User(val name: String) 

@JvmName("loginWithName")
fun login(user: User) {
}

fun login(passwd: String) {
}

// Kotlin 编译正常
login(User("DHL"))
login("ByteCode")

// Java 编译正常
MainKt.loginWithName("DHL");

所以无论是 Inline classes 还是 Value classes 如果没有添加 @JvmName 注解，都会存在这个问题。将生成的函数名称打乱，是为了防止方法重载冲突，或者 Java 意外调用。

Inline classes 是在 Kotlin 1.3 引入的 ，在 Kotlin 1.5 时进入了稳定版本，废弃了 inline 修饰符，引入了 Value classes。

什么是 Value classes

Inline classes 是 Value classes 的子集， Value classes 比 Inline classes 会得到更多优化，现阶段 Value classes 和 Inline classes 一样，只能在构造函数中传入一个参数，参数需要用 val声明，将来可以在构造函数中添加多个参数，但是每个参数都需要用 val 声明，官方说明如下图所示。

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将来如果支持添加多个参数，那么它的使用范围会越来越广的。

升级到 Kotlin 1.5 之后，Inline classes 将被弃用，如下图所示，编译器将会给出警告。

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根据提示目前唯一需要改变的是语法 inline 替换为 value, 然后在添加 @JvmInline 注解即可。

@JvmInline
value class User(val name: String)

编译后的效果和 Inline classes 是一样的，因此后面的案例将会使用 Value classes。

Value classes 不能被继承

因为 value class 编译后将会添加 fianl 修饰符，因此不能被继承，同样也不能继承其他的类，如下图所示。

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Value classes 可以实现接口

虽然 value class 不能继承其他的类，但是可以实现接口，代码如下所示。

interface LoginInterface

@JvmInline
value class User(val name: String) : LoginInterface

fun testInline() {
    println(User("DHL"))
}

// 编译后的代码
public static final void testInline() {
  User var0 = User.box-impl(User.constructor-impl("DHL"));
  System.out.println(var0);
}

public static final User box_impl/* $FF was: box-impl*/(String v) {
  return new User(v);
}

正如代码所示，当 value class 实现接口时，失去了内联效果，依然会在堆中创建 User 对象，除了实现接口的时候，没有内联效果，当对象为空的时候，也会失去了内联效果。

当传递的对象为空的时候，会失去内联效果

当构造函数的参数为基本数据类型，且传递的参数 value class 的对象为空时，将失去内联效果，代码如下所示。

@JvmInline
value class User(val age: Int)

fun login(user: User?): Int = user?.age ?: 0

fun testInline() {
    println(login(User(10)))
}

// 编译后的代码
public static final int login_js0Jwf8/* $FF was: login-js0Jwf8*/(@Nullable User user) {
  return user != null ? user.unbox-impl() : 0;
}

public static final void testInline() {
  int var0 = login-js0Jwf8(User.box-impl(10));
  System.out.println(var0);
}

public static final User box_impl/* $FF was: box-impl*/(int v) {
  return new User(v);
}

正如你所见，依然会在堆中创建 User 对象，失去了内联效果，这是因为 Int 不能直接转换为 null。

当构造函数的参数为 String，且传递的参数 value class 的对象为空时，内联效果不会受到影响，代码如下所示。

@JvmInline
value class User(val name: String)

fun login(user: User?): String = user?.name ?: ""

fun testInline() {
    println(login(User("DHL")))
}

// 编译后的代码
public static final String login_js0Jwf8/* $FF was: login-js0Jwf8*/(@Nullable String user) {
    // ......
  return var10000;
}

public static final void testInline() {
    String var0 = login-js0Jwf8("DHL");
    System.out.println(var0);
}

编译后的 Java 代码并没有创建对象，传递给方法 login 的参数 User 被替换为传进去的值 String。

Value class 禁止使用 === 可以使用 ==

Kotlin 中的操作符 == 和 === 的区别，以及它们分别在什么场景下使用，更多信息可以前往查看 揭秘 Kotlin 中的 == 和 ===，这里简单介绍一下。

Kotlin 提供了两种方式用于对象的比较。

  • 比较对象的结构是否相等（ == 或者 equals ）

    Kotlin 中的操作符 == 等价于 equals 用于比较对象的结构是否相等, 很多情况下使用的是 ==，因为对于浮点类型 Float 和 Double，其实现方法 equals 不遵循 IEEE 754 浮点运算标准。

  • 比较对象的引用是否相等 ( === )

    Kotlin 中的操作符 === 用于比较对象的引用是否指向同一个对象，运行时如果是基本数据类型 === 等价于 ==。

其中 value class 比较特殊，禁止使用操作符 ===，如下图所示，编译器将会给出警告。

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因为操作符 === 用于比较对象的引用是否相等，因为内联的原因，最终会替换为传进去的值。

但是操作符 == 是不受影响的，操作符 == 用于比较对象的结构是否相等，代码如下所示。

fun testInline() {
    val u1 = User("DHL")
    val u2 = User("DHL")
    println(u1 == u2)
}

// 编译后的代码
public static final void testInline() {
  String u1 = "DHL";
  String u2 = "DHL";
  boolean var2 = User.equals-impl0(u1, u2);
  System.out.println(var2);
}

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