Kotlin学习第 8 课：Kotlin 进阶特性：简化代码与提升效率

叽哥2025-09-16 10:31

在掌握了 Kotlin 的基础语法后，深入学习其进阶特性将帮助你编写更简洁、高效且易维护的代码。本课将详细讲解 Kotlin 中几个重要的进阶特性，包括扩展函数与属性、委托、协程、枚举类和注解。

1. 扩展函数与扩展属性

Kotlin 允许我们在不修改原有类代码的情况下，为其添加新的函数和属性，这就是扩展（Extensions）特性。

1.1 扩展函数的定义

扩展函数的定义格式如下：

Kotlin 复制代码 
fun 接收者类型.函数名(参数列表): 返回值类型 {
    // 函数体
}

其中，"接收者类型" 是我们要扩展的类，在函数体内可以使用 this 关键字引用接收者对象。

1.2 扩展函数的应用

扩展函数特别适合为系统类添加自定义方法，例如为 String 类添加一个判断是否为邮箱的方法：

Kotlin 复制代码 
// 为 String 类添加扩展函数
fun String.isEmail(): Boolean {
    val emailRegex = "^[A-Za-z0-9+_.-]+@[A-Za-z0-9.-]+$".toRegex()
    return matches(emailRegex)
}

// 使用扩展函数
fun main() {
    val email = "test@example.com"
    println(email.isEmail())  // 输出: true
    
    val notEmail = "test.example.com"
    println(notEmail.isEmail())  // 输出: false
}

扩展函数并不会真正修改目标类，它只是在编译期为目标类添加了一个可调用的函数，在字节码层面，它会被编译为一个接受目标类型作为参数的静态函数。

1.3 扩展属性的定义与使用

除了函数，我们还可以为类添加扩展属性：

Kotlin 复制代码 
// 为 String 类添加扩展属性
val String.firstChar: Char?
    get() = if (isEmpty()) null else this[0]

// 使用扩展属性
fun main() {
    val str = "Kotlin"
    println(str.firstChar)  // 输出: K
    
    val emptyStr = ""
    println(emptyStr.firstChar)  // 输出: null
}

扩展属性不能有初始化器，必须通过 getter/setter 来定义，因为它没有实际的字段存储。

2. 委托

委托（Delegation）是一种设计模式，它允许将一个类的部分功能委托给另一个类。Kotlin 原生支持委托模式，通过 by 关键字可以轻松实现。

2.1 委托模式的概念

委托模式的核心思想是：一个对象将部分职责委托给另一个对象来完成，从而实现对象之间的协作。这种模式可以替代继承，实现更灵活的代码复用。

2.2 类委托

类委托通过 by 关键字实现，允许一个类将接口的实现委托给另一个对象：

Kotlin 复制代码 
// 定义接口
interface Printer {
    fun print(text: String)
}

// 实现接口的委托类
class ConsolePrinter : Printer {
    override fun print(text: String) {
        println("打印: $text")
    }
}

// 使用委托的类
class DocumentPrinter(printer: Printer) : Printer by printer {
    // 可以添加额外的方法或重写委托的方法
    fun printDocument(title: String, content: String) {
        print("标题: $title")
        print("内容: $content")
    }
}

fun main() {
    val consolePrinter = ConsolePrinter()
    val docPrinter = DocumentPrinter(consolePrinter)
    
    docPrinter.print("直接打印文本")  // 委托给 ConsolePrinter 实现
    docPrinter.printDocument(" Kotlin 委托", "类委托示例")
}

在这个例子中，DocumentPrinter 类通过 by printer 语法将 Printer 接口的实现委托给了 printer 对象。

2.3 属性委托

属性委托允许将属性的 getter/setter 逻辑委托给一个专门的对象。Kotlin 标准库提供了一些常用的委托实现：

2.3.1 by lazy（延迟初始化）

lazy 委托用于实现属性的延迟初始化，属性值会在第一次访问时计算：

Kotlin 复制代码 
val expensiveResource: String by lazy {
    println("初始化资源...")
    "这是一个昂贵的资源"
}

fun main() {
    println("开始")
    println(expensiveResource)  // 首次访问，触发初始化
    println(expensiveResource)  // 直接使用已初始化的值
}

输出结果：

plaintext 复制代码 
开始
初始化资源...
这是一个昂贵的资源
这是一个昂贵的资源

2.3.2 Delegates.observable（可观察属性）

Delegates.observable 可以监听属性值的变化：

Kotlin 复制代码 
import kotlin.properties.Delegates

var username: String by Delegates.observable("默认值") { 
    property, oldValue, newValue ->
    println("${property.name} 从 $oldValue 变为 $newValue")
}

fun main() {
    username = "Alice"
    username = "Bob"
}

输出结果：

plaintext 复制代码 
username 从 默认值 变为 Alice
username 从 Alice 变为 Bob

2.3.3 自定义委托

我们也可以实现自己的属性委托，只需要实现 ReadOnlyProperty（只读属性）或 ReadWriteProperty（可读写属性）接口：

Kotlin 复制代码 
import kotlin.properties.ReadWriteProperty
import kotlin.reflect.KProperty

// 自定义委托：确保值在 0-100 之间
class RangeValidator(private val min: Int, private val max: Int) : 
    ReadWriteProperty<Any?, Int> {
    
    private var value: Int = min
    
    override fun getValue(thisRef: Any?, property: KProperty<*>): Int {
        return value
    }
    
    override fun setValue(thisRef: Any?, property: KProperty<*>, value: Int) {
        if (value in min..max) {
            this.value = value
        } else {
            throw IllegalArgumentException("值必须在 $min 到 $max 之间")
        }
    }
}

// 使用自定义委托
class Student {
    var score: Int by RangeValidator(0, 100)
}

fun main() {
    val student = Student()
    student.score = 90  // 有效
    println(student.score)  // 输出: 90
    
    try {
        student.score = 150  // 无效，会抛出异常
    } catch (e: IllegalArgumentException) {
        println(e.message)  // 输出: 值必须在 0 到 100 之间
    }
}

3. 协程

协程（Coroutines）是 Kotlin 中处理异步编程的重要特性，它可以看作是轻量级的线程，能够在单个线程内实现多个任务的切换执行。

3.1 协程的概念

协程与线程的主要区别在于：

  • 线程是操作系统级别的资源，创建和切换成本较高
  • 协程是用户态的，由 Kotlin 运行时管理，创建和切换成本极低
  • 一个线程可以运行多个协程

协程的核心优势是能够以同步的代码风格编写异步操作，避免了回调地狱（Callback Hell）。

3.2 协程的基础使用

要使用协程，需要添加依赖：

gradle 复制代码 
dependencies {
    implementation 'org.jetbrains.kotlinx:kotlinx-coroutines-core:1.6.4'
}

基本使用示例：

Kotlin 复制代码 
import kotlinx.coroutines.GlobalScope
import kotlinx.coroutines.delay
import kotlinx.coroutines.launch
import kotlinx.coroutines.runBlocking

fun main() {
    println("程序开始")
    
    // 启动一个协程
    GlobalScope.launch {
        delay(1000)  // 非阻塞延迟 1 秒（协程特有的挂起函数）
        println("协程执行")
    }
    
    Thread.sleep(1500)  // 让主线程等待协程执行完毕
    println("程序结束")
}

runBlocking 可以创建一个阻塞当前线程的协程作用域，常用于桥接普通代码和协程代码：

Kotlin 复制代码 
fun main() = runBlocking {
    println("程序开始")
    
    launch {
        delay(1000)
        println("协程执行")
    }
    
    println("程序结束")
    // runBlocking 会等待所有子协程执行完毕才会结束
}

3.3 协程的挂起函数

使用 suspend 关键字可以定义挂起函数，挂起函数只能在协程或其他挂起函数中调用：

Kotlin 复制代码 
import kotlinx.coroutines.delay
import kotlinx.coroutines.runBlocking

// 定义挂起函数
suspend fun fetchData(): String {
    delay(1000)  // 模拟网络请求
    return "从服务器获取的数据"
}

// 另一个挂起函数
suspend fun processData(): String {
    delay(500)  // 模拟数据处理
    return "处理后的数据"
}

fun main() = runBlocking {
    val data = fetchData()
    println(data)
    
    val processedData = processData()
    println(processedData)
}

挂起函数的特点是在执行到挂起点（如 delay）时，会暂停当前协程的执行，让出线程给其他协程，当挂起操作完成后，协程会在适当的时候恢复执行。

3.4 协程的作用域与取消

协程应该在合适的作用域（CoroutineScope）中启动，以便管理其生命周期。除了 GlobalScope，我们还可以创建自己的作用域：

Kotlin 复制代码 
import kotlinx.coroutines.CoroutineScope
import kotlinx.coroutines.Dispatchers
import kotlinx.coroutines.cancel
import kotlinx.coroutines.delay
import kotlinx.coroutines.launch
import kotlinx.coroutines.runBlocking

fun main() = runBlocking {
    // 创建一个协程作用域
    val scope = CoroutineScope(Dispatchers.Default)
    
    val job = scope.launch {
        repeat(10) { i ->
            println("正在执行: $i")
            delay(500)
        }
    }
    
    delay(1500)  // 等待 1.5 秒
    job.cancel()  // 取消协程
    job.join()    // 等待协程完全取消
    println("协程已取消")
    
    scope.cancel()  // 取消整个作用域
}

输出结果：

plaintext 复制代码 
正在执行: 0
正在执行: 1
正在执行: 2
协程已取消

4. 枚举类

枚举类（Enum Classes）用于表示固定数量的常量集合，如星期几、方向、状态等。

4.1 enum class 定义枚举

Kotlin 复制代码 
// 简单的枚举类
enum class Direction {
    NORTH, SOUTH, EAST, WEST
}

4.2 枚举常量的属性与方法

枚举常量可以有自己的属性和方法：

Kotlin 复制代码 
enum class Color(val rgb: Int) {
    RED(0xFF0000),
    GREEN(0x00FF00),
    BLUE(0x0000FF);  // 注意这里的分号，当枚举有成员函数时必须添加
    
    fun isDark(): Boolean {
        // 简单判断：RGB 值较低的认为是深色
        return rgb < 0x808080
    }
}

fun main() {
    println(Color.RED.rgb)  // 输出: 16711680
    println(Color.BLUE.isDark())  // 输出: true
}

枚举类还提供了一些内置方法：

  • valueOf(): 根据名称获取枚举常量
  • values(): 返回所有枚举常量的数组
Kotlin 复制代码 
fun main() {
    val color = Color.valueOf("GREEN")
    println(color)  // 输出: GREEN
    
    for (c in Color.values()) {
        println("$c: ${c.rgb}")
    }
}

4.3 枚举的应用场景

枚举类适用于表示有限的、固定的选项集合：

  1. 状态标识：表示对象的不同状态
Kotlin 复制代码 
enum class OrderStatus {
    CREATED, PAID, SHIPPED, DELIVERED, CANCELLED
}
  1. 选项列表：表示 UI 中的下拉选项等
Kotlin 复制代码 
enum class SortOption(val displayName: String) {
    PRICE_ASC("价格从低到高"),
    PRICE_DESC("价格从高到低"),
    NEWEST("最新上架"),
    POPULAR("最受欢迎")
}
  1. 替代魔法数字：使代码更具可读性
Kotlin 复制代码 
// 不推荐：使用魔法数字
if (status == 2) { ... }

// 推荐：使用枚举
if (status == OrderStatus.SHIPPED) { ... }

5. 注解

注解（Annotations）是一种为代码添加元数据的方式，它不会直接影响代码的执行，但可以被编译器或其他工具使用。

5.1 注解的定义

使用 annotation class 关键字定义注解：

Kotlin 复制代码 
// 定义一个简单的注解
annotation class MyAnnotation

// 带参数的注解
annotation class Todo(val description: String)

// 限制注解的使用范围
@Target(AnnotationTarget.FUNCTION, AnnotationTarget.PROPERTY)
annotation class DeprecatedFeature(val replacement: String)

@Target 注解用于指定注解可以应用的元素类型，常见的目标包括：

  • CLASS: 类、接口、枚举等
  • FUNCTION: 函数
  • PROPERTY: 属性
  • PARAMETER: 函数参数
  • TYPE: 类型

还可以使用 @Retention 注解指定注解的保留策略：

  • SOURCE: 只在源代码中保留，编译后丢弃
  • BINARY: 保留到编译后的字节码中，但不会被虚拟机加载
  • RUNTIME: 保留到运行时，可以通过反射获取
Kotlin 复制代码 
import kotlin.annotation.RetentionPolicy

@Retention(AnnotationRetention.RUNTIME)
annotation class DebugInfo

5.2 常用内置注解

Kotlin 提供了一些常用的内置注解：

  1. @JvmStatic：用于 companion object 中的函数，使其编译为 Java 中的静态方法
Kotlin 复制代码 
class Utils {
    companion object {
        @JvmStatic
        fun doSomething() {
            // ...
        }
    }
}
  1. @Deprecated：标记已过时的代码
Kotlin 复制代码 
@Deprecated(
    message = "此方法已过时，请使用 newMethod()",
    replaceWith = ReplaceWith("newMethod()"),
    level = DeprecationLevel.WARNING
)
fun oldMethod() {
    // ...
}
  1. @Nullable 和 @NonNull：标记变量或参数是否可以为 null，常用于与 Java 互操作
Kotlin 复制代码 
import org.jetbrains.annotations.Nullable

fun processData(@Nullable data: String?) {
    // ...
}
  1. @Suppress：抑制编译器警告
Kotlin 复制代码 
@Suppress("UNCHECKED_CAST")
fun unsafeCast(obj: Any): String {
    return obj as String
}

5.3 注解的应用

注解在实际开发中有很多应用场景：

  1. 代码标记 ：如 @Deprecated 标记过时代码，@Test 标记测试方法等
  2. 代码生成：许多框架使用注解来生成代码，如 Dagger、Room 等
Kotlin 复制代码 
// Room 数据库框架使用注解
@Entity(tableName = "users")
data class User(
    @PrimaryKey val id: Int,
    @ColumnInfo(name = "user_name") val name: String
)
  1. 运行时处理：通过反射在运行时获取注解信息，实现特定逻辑

确保项目中添加了 Kotlin 反射依赖：

gradle 复制代码 
dependencies {
    implementation "org.jetbrains.kotlin:kotlin-reflect:1.8.0"
}

代码:

Kotlin 复制代码 
import kotlin.reflect.KFunction
import kotlin.reflect.full.findAnnotation
import kotlin.reflect.full.memberFunctions

@Retention(AnnotationRetention.RUNTIME)
@Target(AnnotationTarget.FUNCTION)
annotation class LogExecution

// 使用注解
class Service {
    @LogExecution
    fun performTask() {
        // ...
    }
}

// 处理注解的工具类
object AnnotationProcessor {
    fun process(obj: Any) {
        obj::class.memberFunctions.forEach { function ->
            if (function.findAnnotation<LogExecution>() != null) {
                println("执行方法: ${function.name}")
                // 可以在这里添加日志记录、性能监控等逻辑
            }
        }
    }
}

fun main() {
    val service = Service()
    AnnotationProcessor.process(service)
    service.performTask()
}

6. 其他实用进阶特性

6.1 解构声明

解构声明允许将一个对象的多个属性同时赋值给多个变量：

Kotlin 复制代码 
data class Person(val name: String, val age: Int)

fun main() {
    val person = Person("Alice", 30)
    
    // 解构声明
    val (name, age) = person
    println("$name 今年 $age 岁")  // 输出: Alice 今年 30 岁
    
    // 对集合使用解构
    val list = listOf("a", "b", "c")
    val (first, second) = list
    println("$first, $second")  // 输出: a, b
}

6.2 密封类

密封类（Sealed Classes）用于表示受限的类层次结构，适合用于定义枚举类的扩展：

Kotlin 复制代码 
sealed class Result<out T>
data class Success<out T>(val data: T) : Result<T>()
data class Error(val message: String) : Result<Nothing>()

fun fetchData(): Result<String> {
    return try {
        // 模拟网络请求
        Success("获取的数据")
    } catch (e: Exception) {
        Error(e.message ?: "未知错误")
    }
}

fun main() {
    val result = fetchData()
    
    // 使用 when 表达式处理密封类，编译器会检查所有可能的情况
    when (result) {
        is Success -> println("成功: ${result.data}")
        is Error -> println("失败: ${result.message}")
    }
}
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