1.3 Dart 核心语言特性

Dart 是 Flutter 的编程语言，具备强类型、空安全、AOT/JIT 双模编译等特性。掌握 Dart 是高效 Flutter 开发的前提。

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一、空安全机制（Null-Safety）

Dart 2.12 起默认开启空安全，从根本上消除 Null Pointer Exception。

1.1 可空类型 vs 非空类型

String name = 'Flutter';   // 非空，不能赋值 null
String? nickname = null;   // 可空，允许为 null

1.2 断言操作符与条件访问

String? text = maybeNull();

// ! 断言非空（请确保确实非空，否则抛出异常）
print(text!.length);

// ?. 安全访问
print(text?.length);       // text 为 null 时返回 null

// ?? 空值合并
String result = text ?? 'default';

// ??= 空值赋值
text ??= 'assigned if null';

1.3 Late 变量

// 延迟初始化，声明时不赋值，使用前必须赋值
late String userId;

void init() {
  userId = fetchUserId(); // 使用前初始化
}

1.4 空安全与 Flutter 实践

class UserProfile {
  final String name;       // 必填，非空
  final String? avatar;    // 可选头像，可为 null
  final int age;

  const UserProfile({
    required this.name,    // required 确保调用方必须传入
    this.avatar,           // 可选参数
    required this.age,
  });
}

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二、异步编程

Dart 采用单线程事件循环 （Event Loop），异步操作通过 Future、Stream 和 async/await 处理。

2.1 Future

Future<T> 代表一个未来会完成的异步操作：

Future<String> fetchUser(int id) async {
  // 模拟网络请求
  await Future.delayed(const Duration(seconds: 1));
  return 'User_$id';
}

// 使用方式一：async/await
void loadUser() async {
  try {
    final user = await fetchUser(1);
    print(user);
  } catch (e) {
    print('Error: $e');
  }
}

// 使用方式二：then/catchError
fetchUser(1)
  .then((user) => print(user))
  .catchError((e) => print('Error: $e'))
  .whenComplete(() => print('Done'));

并发执行多个 Future：

// 并发执行，等待所有完成
final results = await Future.wait([
  fetchUser(1),
  fetchUser(2),
  fetchUser(3),
]);

// 竞速，取最先完成的
final first = await Future.any([
  fetchFromServer1(),
  fetchFromServer2(),
]);

2.2 Stream

Stream<T> 代表一系列异步事件，适合实时数据（WebSocket、传感器、文件读取）：

// 创建 Stream
Stream<int> counter(int max) async* {
  for (int i = 0; i < max; i++) {
    await Future.delayed(const Duration(seconds: 1));
    yield i; // 每秒产生一个值
  }
}

// 监听 Stream
final subscription = counter(5).listen(
  (value) => print('Value: $value'),
  onError: (e) => print('Error: $e'),
  onDone: () => print('Stream ended'),
);

// 取消监听（防止内存泄漏）
subscription.cancel();

StreamController（自定义 Stream）：

final controller = StreamController<String>();

// 向 Stream 推送数据
controller.sink.add('Hello');
controller.sink.add('Flutter');

// 监听
controller.stream.listen((msg) => print(msg));

// 关闭
await controller.close();

2.3 async / await 最佳实践

// ✅ 推荐：明确 try-catch
Future<void> loadData() async {
  try {
    final data = await api.fetchData();
    setState(() => _data = data);
  } on NetworkException catch (e) {
    setState(() => _error = e.message);
  } finally {
    setState(() => _loading = false);
  }
}

// ❌ 避免：忘记 await 导致竞态
void badExample() async {
  fetchData(); // 没有 await，结果被忽略
}

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三、面向对象

3.1 class（类）

class Animal {
  final String name;
  int _age; // 私有属性（以 _ 开头）

  Animal(this.name, this._age); // 简洁构造函数

  // 命名构造函数
  Animal.unknown() : name = 'Unknown', _age = 0;

  // getter
  int get age => _age;

  // setter
  set age(int value) {
    if (value >= 0) _age = value;
  }

  // 实例方法
  String describe() => '$name is $_age years old';

  @override
  String toString() => 'Animal($name, $_age)';
}

// 继承
class Dog extends Animal {
  final String breed;

  Dog(super.name, super.age, this.breed);

  @override
  String describe() => '${super.describe()}, breed: $breed';
}

3.2 mixin（混入）

mixin 用于在不使用继承的情况下复用代码：

mixin Flyable {
  double altitude = 0;

  void fly() {
    altitude = 1000;
    print('Flying at $altitude m');
  }
}

mixin Swimmable {
  void swim() => print('Swimming...');
}

// 使用 with 混入多个 mixin
class Duck extends Animal with Flyable, Swimmable {
  Duck(super.name, super.age);
}

final duck = Duck('Donald', 3);
duck.fly();
duck.swim();

mixin 限制使用场景：

mixin CanDebug on StatefulWidget {
  // 只能被 StatefulWidget 子类使用
  void debugState() => print('Debug info');
}

3.3 extension（扩展）

无需修改原始类，给现有类添加方法：

extension StringUtils on String {
  bool get isEmail => contains('@') && contains('.');
  String capitalize() =>
      isEmpty ? this : '${this[0].toUpperCase()}${substring(1)}';
}

extension DateUtils on DateTime {
  bool get isToday {
    final now = DateTime.now();
    return year == now.year && month == now.month && day == now.day;
  }
}

// 使用
print('hello@example.com'.isEmail);   // true
print('flutter'.capitalize());          // Flutter
print(DateTime.now().isToday);         // true

3.4 抽象类与接口

// 抽象类（不能实例化，可以有具体方法）
abstract class Repository<T> {
  Future<T?> findById(int id);
  Future<List<T>> findAll();
  Future<void> save(T entity);
  Future<void> delete(int id);

  // 非抽象方法（子类可直接继承）
  Future<int> count() async {
    final all = await findAll();
    return all.length;
  }
}

// 实现抽象类
class UserRepository extends Repository<User> {
  @override
  Future<User?> findById(int id) async {
    // 具体实现
    return await db.query('users', where: 'id = ?', whereArgs: [id]);
  }
  // ... 其他方法实现
}

// Dart 中 class 本身即接口，可以用 implements 实现
class MockUserRepository implements Repository<User> {
  @override
  Future<User?> findById(int id) async => null;
  // 所有方法必须实现
}

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四、集合与泛型

4.1 List（列表）

// 字面量创建
final fruits = ['apple', 'banana', 'cherry'];

// 类型化
final List<int> numbers = [1, 2, 3, 4, 5];

// 常用操作
numbers.add(6);
numbers.addAll([7, 8]);
numbers.remove(1);
numbers.removeAt(0);

// 函数式操作
final evens = numbers.where((n) => n.isEven).toList();
final doubled = numbers.map((n) => n * 2).toList();
final sum = numbers.fold(0, (acc, n) => acc + n);
final sorted = [...numbers]..sort();

// spread operator
final combined = [...list1, ...list2, if (condition) extraItem];

4.2 Map（映射）

final user = {
  'name': 'Alice',
  'age': 25,
  'email': 'alice@example.com',
};

// 安全访问
final name = user['name'] ?? 'Unknown';

// 遍历
user.forEach((key, value) => print('$key: $value'));
final keys = user.keys.toList();
final values = user.values.toList();

// 转换
final upperKeys = user.map((k, v) => MapEntry(k.toUpperCase(), v));

4.3 Set（集合）

final tagSet = <String>{'flutter', 'dart', 'mobile'};

tagSet.add('web');
tagSet.remove('dart');

// 集合运算
final a = {1, 2, 3, 4};
final b = {3, 4, 5, 6};

print(a.union(b));        // {1, 2, 3, 4, 5, 6}
print(a.intersection(b)); // {3, 4}
print(a.difference(b));   // {1, 2}

4.4 泛型约束

// T 必须是 Comparable 的子类型
T findMax<T extends Comparable<T>>(List<T> list) {
  return list.reduce((a, b) => a.compareTo(b) > 0 ? a : b);
}

print(findMax([3, 1, 4, 1, 5, 9]));  // 9
print(findMax(['banana', 'apple', 'cherry']));  // cherry

// 泛型类
class Cache<T> {
  final _store = <String, T>{};

  void set(String key, T value) => _store[key] = value;
  T? get(String key) => _store[key];
  void clear() => _store.clear();
}

final cache = Cache<User>();
cache.set('user_1', user);

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五、高级特性

5.1 Extension Methods（扩展方法）

// 为 BuildContext 添加扩展（Flutter 中非常实用）
extension ContextExtension on BuildContext {
  ThemeData get theme => Theme.of(this);
  ColorScheme get colorScheme => Theme.of(this).colorScheme;
  TextTheme get textTheme => Theme.of(this).textTheme;
  double get screenWidth => MediaQuery.of(this).size.width;
  double get screenHeight => MediaQuery.of(this).size.height;

  void showSnackBar(String message) {
    ScaffoldMessenger.of(this).showSnackBar(
      SnackBar(content: Text(message)),
    );
  }
}

// 使用
Widget build(BuildContext context) {
  return Text(
    'Hello',
    style: TextStyle(color: context.colorScheme.primary),
  );
}

5.2 Cascade Notation（级联操作符 ..）

// 传统写法
final paint = Paint();
paint.color = Colors.blue;
paint.strokeWidth = 2.0;
paint.style = PaintingStyle.stroke;

// 级联写法（更简洁）
final paint = Paint()
  ..color = Colors.blue
  ..strokeWidth = 2.0
  ..style = PaintingStyle.stroke;

// 结合 List 使用
final list = <String>[]
  ..add('Flutter')
  ..add('Dart')
  ..addAll(['iOS', 'Android'])
  ..sort();

5.3 Factory 构造函数

// 单例模式
class AppConfig {
  static AppConfig? _instance;
  final String baseUrl;
  final String apiKey;

  AppConfig._internal({required this.baseUrl, required this.apiKey});

  factory AppConfig({required String baseUrl, required String apiKey}) {
    _instance ??= AppConfig._internal(baseUrl: baseUrl, apiKey: apiKey);
    return _instance!;
  }
}

// JSON 反序列化
class User {
  final int id;
  final String name;

  User({required this.id, required this.name});

  factory User.fromJson(Map<String, dynamic> json) {
    return User(
      id: json['id'] as int,
      name: json['name'] as String,
    );
  }

  Map<String, dynamic> toJson() => {'id': id, 'name': name};
}

// 类型分发（返回不同子类）
abstract class Shape {
  factory Shape.fromType(String type) {
    return switch (type) {
      'circle' => Circle(),
      'square' => Square(),
      _ => throw ArgumentError('Unknown shape: $type'),
    };
  }
}

5.4 Records（Dart 3.0 新特性）

// Record 类型，轻量级数据聚合
(String, int) getInfo() => ('Flutter', 3);
final (name, version) = getInfo(); // 解构

// 命名字段
({String name, int age}) getUser() => (name: 'Alice', age: 25);
final user = getUser();
print(user.name); // Alice

5.5 Pattern Matching（Dart 3.0 模式匹配）

// switch 表达式
String classify(Object obj) => switch (obj) {
  int n when n < 0 => 'negative',
  int n when n == 0 => 'zero',
  int _ => 'positive',
  String s => 'string: $s',
  _ => 'unknown',
};

// 解构匹配
void processShape(Shape shape) {
  switch (shape) {
    case Circle(radius: var r):
      print('Circle with radius $r');
    case Rectangle(width: var w, height: var h):
      print('Rectangle ${w}x$h');
  }
}

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小结

特性	核心要点
空安全	? 可空类型，! 断言，?? 合并，late 延迟初始化
Future	单次异步操作，async/await + try-catch
Stream	持续异步数据流，listen + cancel
mixin	多重代码复用，不依赖继承层次
extension	为已有类添加方法，无需修改原类
级联 ..	链式调用，提升代码可读性
factory	控制实例创建，单例/JSON 解析/类型分发
泛型	类型安全的通用代码，支持约束

👉 下一章：二、UI 组件与布局系统