研究学习Kotlin的一些方法

Kotlin是一门让人感到很舒服的语言，相比Java来说，它更加简洁，省去了琐琐碎碎的语法工作，同时了提供了类似Lambda,String template,Null Safe Operator等特性。让开发者用起来得心应手。

普通的Java/Android程序员通常只需要很短的时间就能快速使用Kotlin。综合Kotlin的诸多优点，加上Flipboard美国团队自2015年已引入Kotlin，Flipboard中国团队也已经开始采用Kotlin来作为Android主要开发语言。

虽然Kotlin使用简单快捷，然而由于自己的深入研究的习惯导致每接触到Kotlin的新功能，就马不停蹄的研究它的本质，这里总结一下关于如何研究Kotlin的一些方法来快速研究掌握Kotlin。

到底研究什么

比如Kotlin中提供了一种类型叫做Object，使用它我们可以快速实现单例模式的应用。代码特别的简单

object AppSettings {  
} 

那么问题来了，kotlin这个object类型的类是如何实现的呢，Null安全操作符的实现原理，Lambda表达式是基于内部类还是真正的Lambda，这些问题就是我们要研究的对象。

怎么研究

• Kotlin和Java都是运行在JVM上，但是实际上JVM并不认识Java和Kotlin，因为它只和bytecode(即class文件)打交道。
• 因而通过研究bytecode，我们是可以了解Kotlin的一些深入原理的
• 由于同一份bytecode反编译成java和kotlin文件是等价的，所以将kotlin编译后的class文件反编译成Java，也是具有参考和研究价值的。

实践方法有哪些

• 利用Kotlin插件
• 利用kotlinc,javap等工具

一些实践

Null Safe Operator实现原理

在Java中，我们经常会遇到空指针的问题，Kotlin特意增加了一个空指针安全操作符?。使用起来如下

fun testNullSafeOperator(string: String?) { 
    System.out.println(string?.toCharArray()?.getOrNull(10)?.hashCode()) 
} 

当我们进行这样的调用时

testNullSafeOperator(null) 
testNullSafeOperator("12345678901") 
testNullSafeOperator("123") 

得到的输出结果为

null 
49 
null 

从结果可见，并没有像Java那样抛出NullPointerException，而是遇到空指针则不继续执行了。

那么Kotlin的这个空指针安全操作符是如何工作的呢，我们可以借助IntelliJ IDE的Kotlin插件来辅助我们研究，步骤如下

• 使用IntelliJ IDE打开一个待研究的Kotlin文件(需确保Kotlin插件已安装)
• 按照下图依次点击至Show Kotlin Bytecode

• 上面的步骤操作后，会得到这样的bytecode

// access flags 0x19 
  public final static testNullSafeOperator(Ljava/lang/String;)V 
    @Lorg/jetbrains/annotations/Nullable;() // invisible, parameter 0 
   L0 
    LINENUMBER 11 L0 
    GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream; 
    ALOAD 0 
    DUP 
    IFNULL L1   //对string字符串判空 
    INVOKESTATIC kotlin/text/StringsKt.toCharArray (Ljava/lang/String;)[C 
    DUP 
    IFNULL L1  //对CharArray判空 
    BIPUSH 10 
    INVOKESTATIC kotlin/collections/ArraysKt.getOrNull ([CI)Ljava/lang/Character; 
    DUP 
    IFNULL L1  //对Char判空 
    INVOKEVIRTUAL java/lang/Object.hashCode ()I 
    INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf (I)Ljava/lang/Integer; 
    GOTO L2 
   L1 
    POP 
    ACONST_NULL 
   L2 
    INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (Ljava/lang/Object;)V 
   L3 
    LINENUMBER 12 L3 
    RETURN 
   L4 
    LOCALVARIABLE string Ljava/lang/String; L0 L4 0 
    MAXSTACK = 3 
    MAXLOCALS = 1 
} 

由字节码分析可见，其实所谓的 空指针安全操作符其实内部就是以此判空来确保不出现空指针 ，如果字节码不好理解，那我们使用上面的Decompile功能，将bytecode转成Java，如图操作

反编译后得到的Java代码为

public static final void testNullSafeOperator(@Nullable String string) { 
      PrintStream var10000; 
      Integer var5; 
      label18: { 
         var10000 = System.out; 
         if(string != null) { 
            PrintStream var2 = var10000; 
            if(string == null) { 
               throw new TypeCastException("null cannot be cast to non-null type java.lang.String"); 
            } 
 
            char[] var4 = ((String)string).toCharArray(); 
            Intrinsics.checkExpressionValueIsNotNull(var4, "(this as java.lang.String).toCharArray()"); 
            char[] var3 = var4; 
            var10000 = var2; 
            if(var3 != null) { 
               Character var10001 = ArraysKt.getOrNull(var3, 10); 
               if(var10001 != null) { 
                  var5 = Integer.valueOf(var10001.hashCode()); 
                  break label18; 
               } 
            } 
         } 
 
         var5 = null; 
      } 
 
      var10000.println(var5); 
   } 

这样读起来是不是更加容易理解呢。

Object类型研究

这里我们回到Object类型，还是再举个例子看看如何使用

//这是定义 
object AppSettings { 
    fun updateConfig() { 
        //do some updating work 
    } 
} 

关于应用也很简单

//在Kotlin文件中调用 
AppSettings.updateConfig() 
 
//在Java文件中调用 
AppSettings.INSTANCE.updateConfig(); 

我们先看一下AppSettings的字节码文件

// ================AppSettings.class ================= 
// class version 50.0 (50) 
// access flags 0x31 
public final class AppSettings { 
  // access flags 0x11 
  public final updateConfig()V 
   L0 
    LINENUMBER 7 L0 
    RETURN 
   L1 
    LOCALVARIABLE this LAppSettings; L0 L1 0 
    MAXSTACK = 0 
    MAXLOCALS = 1 
 
  // access flags 0x2 
  private <init>()V 
   L0 
    LINENUMBER 4 L0 
    ALOAD 0 
    INVOKESPECIAL java/lang/Object.<init> ()V 
    ALOAD 0 
    CHECKCAST AppSettings 
    PUTSTATIC AppSettings.INSTANCE : LAppSettings; 
    RETURN 
   L1 
    LOCALVARIABLE this LAppSettings; L0 L1 0 
    MAXSTACK = 1 
    MAXLOCALS = 1 
 
  // access flags 0x19 
  public final static LAppSettings; INSTANCE 
 
  // access flags 0x8 
  static <clinit>()V 
   L0 
    LINENUMBER 4 L0 
    //静态代码块中实例化，即类加载时便开始实例化 
    NEW AppSettings 
    INVOKESPECIAL AppSettings.<init> ()V 
    RETURN 
    MAXSTACK = 1 
    MAXLOCALS = 0 
 
  @Lkotlin/Metadata;(mv={1, 1, 5}, bv={1, 0, 1}, k=1, d1={"\u0000\u0012\n\u0002\u0018\u0002\n\u0002\u0010\u0000\n\u0002\u0008\u0002\n\u0002\u0010\u0002\n\u0000\u0008\u00c6\u0002\u0018\u00002\u00020\u0001B\u0007\u0008\u0002\u00a2\u0006\u0002\u0010\u0002J\u0006\u0010\u0003\u001a\u00020\u0004\u00a8\u0006\u0005"}, d2={"LAppSettings;", "", "()V", "updateConfig", "", "production sources for module KotlinObject"}) 
  // compiled from: AppSettings.kt 
} 

由此可见，Kotlin的object也就是Java的单例模式的实现，在静态代码块初始化实例。如果字节码没有看懂的话，可以尝试反编译成Java代码来详细研究。

Lambda表达式研究

除此之外，Kotlin也是支持了Lambda表达式的。由于并非所有的JVM版本都支持invokedynamic(Lambda表达式依赖的字节码指令)，比如Java 6的JVM，这其中就包含了许多安卓设备。所以我们怀疑Kotlin可能是像Scala那样将lambda表达式转换成了匿名内部类。

一个简单的Lambda表达式例子

class Test { 
    fun testObservable() { 
        val observable = Observable() 
        observable.addObserver { o, arg -> 
            System.out.println("$o $arg") 
        } 
    } 
} 

我们使用插件同样查看bytecode

// ================Test.class ================= 
// class version 50.0 (50) 
// access flags 0x31 
public final class Test {  
  // access flags 0x11 
  public final testObservable()V 
   L0 
    LINENUMBER 8 L0 
    NEW java/util/Observable 
    DUP 
    INVOKESPECIAL java/util/Observable.<init> ()V 
    ASTORE 1 
   L1 
    LINENUMBER 9 L1 
    ALOAD 1 
    GETSTATIC Test$testObservable$1.INSTANCE : LTest$testObservable$1;  //这里就是使用了匿名内部类(常常包含$字符) 
    CHECKCAST java/util/Observer 
    INVOKEVIRTUAL java/util/Observable.addObserver (Ljava/util/Observer;)V 
   L2 
    LINENUMBER 12 L2 
    RETURN 
   L3 
    LOCALVARIABLE observable Ljava/util/Observable; L1 L3 1 
    LOCALVARIABLE this LTest; L0 L3 0 
    MAXSTACK = 2 
    MAXLOCALS = 2 
 
  // access flags 0x1 
  public <init>()V 
   L0 
    LINENUMBER 6 L0 
    ALOAD 0 
    INVOKESPECIAL java/lang/Object.<init> ()V 
    RETURN 
   L1 
    LOCALVARIABLE this LTest; L0 L1 0 
    MAXSTACK = 1 
    MAXLOCALS = 1 
 
  @Lkotlin/Metadata;(mv={1, 1, 5}, bv={1, 0, 1}, k=1, d1={"\u0000\u0012\n\u0002\u0018\u0002\n\u0002\u0010\u0000\n\u0002\u0008\u0002\n\u0002\u0010\u0002\n\u0000\u0018\u00002\u00020\u0001B\u0005\u00a2\u0006\u0002\u0010\u0002J\u0006\u0010\u0003\u001a\u00020\u0004\u00a8\u0006\u0005"}, d2={"LTest;", "", "()V", "testObservable", "", "production sources for module KotlinObject"}) 
  // access flags 0x18 
  final static INNERCLASS Test$testObservable$1 null null 
  // compiled from: Space.kt 
} 
 
 
// ================Test$testObservable$1.class ================= 
// class version 50.0 (50) 
// access flags 0x30 
//生成的匿名内部类，规则为  当前的类名$当前的方法名$匿名内部类序号 
final class Test$testObservable$1 implements java/util/Observer  {  
  // access flags 0x11 
  public final update(Ljava/util/Observable;Ljava/lang/Object;)V 
   L0 
    LINENUMBER 10 L0 
    GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream; 
    NEW java/lang/StringBuilder 
    DUP 
    INVOKESPECIAL java/lang/StringBuilder.<init> ()V 
    ALOAD 1 
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/StringBuilder; 
    LDC " " 
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 
    ALOAD 2 
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.append (Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/StringBuilder; 
    INVOKEVIRTUAL java/lang/StringBuilder.toString ()Ljava/lang/String; 
    INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (Ljava/lang/String;)V 
   L1 
    LINENUMBER 11 L1 
    RETURN 
   L2 
    LOCALVARIABLE this LTest$testObservable$1; L0 L2 0 
    LOCALVARIABLE o Ljava/util/Observable; L0 L2 1 
    LOCALVARIABLE arg Ljava/lang/Object; L0 L2 2 
    MAXSTACK = 3 
    MAXLOCALS = 3  
  // access flags 0x0 
  <init>()V 
    ALOAD 0 
    INVOKESPECIAL java/lang/Object.<init> ()V 
    RETURN 
    MAXSTACK = 1 
    MAXLOCALS = 1  
  // access flags 0x19 
  public final static LTest$testObservable$1; INSTANCE 
 
  // access flags 0x8 
  static <clinit>()V 
    NEW Test$testObservable$1 
    DUP 
    INVOKESPECIAL Test$testObservable$1.<init> ()V 
    PUTSTATIC Test$testObservable$1.INSTANCE : LTest$testObservable$1; 
    RETURN 
    MAXSTACK = 2 
    MAXLOCALS = 0  
  @Lkotlin/Metadata;(mv={1, 1, 5}, bv={1, 0, 1}, k=3, d1={"\u0000\u0016\n\u0000\n\u0002\u0010\u0002\n\u0000\n\u0002\u0018\u0002\n\u0002\u0008\u0002\n\u0002\u0010\u0000\n\u0000\u0010\u0000\u001a\u00020\u00012\u000e\u0010\u0002\u001a\n \u0004*\u0004\u0018\u00010\u00030\u00032\u000e\u0010\u0005\u001a\n \u0004*\u0004\u0018\u00010\u00060\u0006H\n\u00a2\u0006\u0002\u0008\u0007"}, d2={"<anonymous>", "", "o", "Ljava/util/Observable;", "kotlin.jvm.PlatformType", "arg", "", "update"}) 
  OUTERCLASS Test testObservable ()V 
  // access flags 0x18 
  final static INNERCLASS Test$testObservable$1 null null 
  // compiled from: Space.kt 
} 

分析字节码可以看到有两个class文件，因此可以推断出Kotlin的Lambda表达式目前是一种基于内部类的语法糖实现。

除此之外，我们还可以使用kotlinc(Kotlin编译器来验证)

kotlinc Test.kt 

执行完成后，查看生成的class文件

ls | grep ^Test 
Test$testObservable$1.class 
Test.class 
Test.kt 

当然，我们还可以使用javap同样实现查看bytecode的功能，即 javap -c className 。

除此之外，我们还可以利用上面的方法研究如下Kotlin的特性

• lazy初始化
• when表达式
• 方法引用

关于Kotlin的研究方法目前就是这些，Kotlin很简单，但也要知其所以然，方能游刃有余编码。希望大家可以尝试Kotlin，并玩的开心。