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类委托

委托模式已经证明是实现继承的一个很好的替代方式, 而 Kotlin 可以零样板代码地原生支持它。 类 Derived 可以继承一个接口 Base,并将其所有共有的方法委托给一个指定的对象:

interface Base {
    fun print()
}

class BaseImpl(val x: Int) : Base {
    override fun print() { print(x) }
}

class Derived(b: Base) : Base by b

fun main(args: Array<String>) {
    val b = BaseImpl(10)
    Derived(b).print() // 输出 10
}

Derived 的超类型列表中的 by-子句表示 b 将会在 Derived 中内部存储。 并且编译器将生成转发给 b 的所有 Base 的方法。

委托属性

有一些常见的属性类型,虽然我们可以在每次需要的时候手动实现它们, 但是如果能够为大家把他们只实现一次并放入一个库会更好。例如包括

  • 延迟属性(lazy properties): 其值只在首次访问时计算,
  • 可观察属性(observable properties): 监听器会收到有关此属性变更的通知,
  • 把多个属性储存在一个映射(map)中,而不是每个存在单独的字段中。

为了涵盖这些(以及其他)情况,Kotlin 支持 委托属性:

class Example {
    var p: String by Delegate()
}

语法是: val/var <属性名>: <类型> by <表达式>。在 by 后面的表达式是该 委托, 因为属性对应的 get()(和 set())会被委托给它的 getValue() 和 setValue() 方法。 属性的委托不必实现任何的接口,但是需要提供一个 getValue() 函数(和 setValue()——对于 var 属性)。 例如:

class Delegate {
    operator fun getValue(thisRef: Any?, property: KProperty<*>): String {
        return "$thisRef, thank you for delegating '${property.name}' to me!"
    }
 
    operator fun setValue(thisRef: Any?, property: KProperty<*>, value: String) {
        println("$value has been assigned to '${property.name} in $thisRef.'")
    }
}
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当我们从委托到一个 Delegate 实例的 p 读取时,将调用 Delegate 中的 getValue() 函数, 所以它第一个参数是读出 p 的对象、第二个参数保存了对 p 自身的描述 (例如你可以取它的名字)。 例如:

val e = Example()
println(e.p)

输出结果:

Example@33a17727, thank you for delegating ‘p’ to me!

类似地,当我们给 p 赋值时,将调用 setValue() 函数。前两个参数相同,第三个参数保存将要被赋予的值:

e.p = "NEW"

输出结果:

NEW has been assigned to ‘p’ in Example@33a17727.

委托对象的要求规范可以在下文找到。

请注意,自 Kotlin 1.1 起你可以在函数或代码块中声明一个委托属性,因此它不一定是类的成员。 你可以在下文找到其示例

标准委托

Kotlin 标准库为几种有用的委托提供了工厂方法。

延迟属性 Lazy

lazy() 是接受一个 lambda 并返回一个 Lazy <T> 实例的函数,返回的实例可以作为实现延迟属性的委托: 第一次调用 get() 会执行已传递给 lazy() 的 lamda 表达式并记录结果, 后续调用 get() 只是返回记录的结果。

val lazyValue: String by lazy {
    println("computed!")
    "Hello"
}

fun main(args: Array<String>) {
    println(lazyValue)
    println(lazyValue)
}

这个例子输出:

computed!
Hello
Hello

默认情况下,对于 lazy 属性的求值是同步锁的(synchronized):该值只在一个线程中计算,并且所有线程 会看到相同的值。如果初始化委托的同步锁不是必需的,这样多个线程 可以同时执行,那么将 LazyThreadSafetyMode.PUBLICATION 作为参数传递给 lazy() 函数。 而如果你确定初始化将总是发生在单个线程,那么你可以使用 LazyThreadSafetyMode.NONE 模式, 它不会有任何线程安全的保证和相关的开销。

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可观察属性 Observable

Delegates.observable() 接受两个参数:初始值和修改时处理程序(handler)。 每当我们给属性赋值时会调用该处理程序(在赋值执行)。它有三个 参数:被赋值的属性、旧值和新值:

import kotlin.properties.Delegates

class User {
    var name: String by Delegates.observable("<no name>") {
        prop, old, new ->
        println("$old -> $new")
    }
}

fun main(args: Array<String>) {
    val user = User()
    user.name = "first"
    user.name = "second"
}

这个例子输出:

<no name> -> first
first -> second

如果你想能够截获一个赋值并“否决”它,就使用 vetoable() 取代 observable()。 在属性被赋新值生效之前会调用传递给 vetoable 的处理程序。

把属性储存在映射中

一个常见的用例是在一个映射(map)里存储属性的值。 这经常出现在像解析 JSON 或者做其他“动态”事情的应用中。 在这种情况下,你可以使用映射实例自身作为委托来实现委托属性。

class User(val map: Map<String, Any?>) {
    val name: String by map
    val age: Int     by map
}

在这个例子中,构造函数接受一个映射参数:

val user = User(mapOf(
    "name" to "John Doe",
    "age"  to 25
))

委托属性会从这个映射中取值(通过字符串键——属性的名称):

println(user.name) // Prints "John Doe"
println(user.age)  // Prints 25

这也适用于 var 属性,如果把只读的 Map 换成 MutableMap 的话:

class MutableUser(val map: MutableMap<String, Any?>) {
    var name: String by map
    var age: Int     by map
}
第 3 段(可获 2.09 积分)

局部委托属性(自 1.1 起)

你可以将局部变量声明为委托属性。 例如,你可以使一个局部变量惰性初始化:

fun example(computeFoo: () -> Foo) {
    val memoizedFoo by lazy(computeFoo)

    if (someCondition && memoizedFoo.isValid()) {
        memoizedFoo.doSomething()
    }
}

memoizedFoo 变量只会在第一次访问时计算。 如果 someCondition 失败,那么该变量根本不会计算。

属性委托要求

这里我们总结了委托对象的要求。

对于一个只读属性(即 val 声明的),委托必须提供一个名为 getValue 的函数,该函数接受以下参数:

  • thisRef —— 必须与 属性所有者 类型(对于扩展属性——指被扩展的类型)相同或者是它的超类型,
  • property —— 必须是类型 KProperty<*> 或其超类型,

这个函数必须返回与属性相同的类型(或其子类型)。

对于一个可变属性(即 var 声明的),委托必须额外提供一个名为 setValue 的函数,该函数接受以下参数:

  • thisRef —— 同 getValue()
  • property —— 同 getValue()
  • new value —— 必须和属性同类型或者是它的超类型。

getValue() 或/和 setValue() 函数可以通过委托类的成员函数提供或者由扩展函数提供。 当你需要委托属性到原本未提供的这些函数的对象时后者会更便利。 两函数都需要用 operator 关键字来进行标记。

委托类可以实现包含所需 operator 方法的 ReadOnlyProperty 或 ReadWriteProperty 接口之一。 这俩接口是在 Kotlin 标准库中声明的:

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翻译规则

在每个委托属性的实现的背后,Kotlin 编译器都会生成辅助属性并委托给它。 例如,对于属性 prop,生成隐藏属性 prop$delegate,而访问器的代码只是简单地委托给这个附加属性:

class C {
    var prop: Type by MyDelegate()
}

// 这段是由编译器生成的相应代码:
class C {
    private val prop$delegate = MyDelegate()
    var prop: Type
        get() = prop$delegate.getValue(this, this::prop)
        set(value: Type) = prop$delegate.setValue(this, this::prop, value)
}

Kotlin 编译器在参数中提供了关于 prop 的所有必要信息:第一个参数 this 引用到外部类 C 的实例而 this::prop 是 KProperty 类型的反射对象,该对象描述 prop 自身。

请注意,直接在代码中引用绑定的可调用引用的语法 this::prop 自 Kotlin 1.1 起才可用。

提供委托(自 1.1 起)

通过定义 provideDelegate 操作符,可以扩展创建属性实现所委托对象的逻辑。 如果 by 右侧所使用的对象将 provideDelegate 定义为成员或扩展函数,那么会调用该函数来 创建属性委托实例。

provideDelegate 的一个可能的使用场景是在创建属性时(而不仅在其 getter 或 setter 中)检查属性一致性。

第 5 段(可获 2.18 积分)

例如,如果要在绑定之前检查属性名称,可以这样写:

class ResourceLoader<T>(id: ResourceID<T>) {
    operator fun provideDelegate(
            thisRef: MyUI,
            prop: KProperty<*>
    ): ReadOnlyProperty<MyUI, T> {
        checkProperty(thisRef, prop.name)
        // 创建委托
    }

    private fun checkProperty(thisRef: MyUI, name: String) { …… }
}

fun <T> bindResource(id: ResourceID<T>): ResourceLoader<T> { …… }

class MyUI {
    val image by bindResource(ResourceID.image_id)
    val text by bindResource(ResourceID.text_id)
}

provideDelegate 的参数与 getValue 相同:

  • thisRef —— 必须与 属性所有者 类型(对于扩展属性——指被扩展的类型)相同或者是它的超类型,
  • property —— 必须是类型 KProperty<*> 或其超类型。

在创建 MyUI 实例期间,为每个属性调用 provideDelegate 方法,并立即执行必要的验证。

如果没有这种拦截属性与其委托之间的绑定的能力,为了实现相同的功能, 你必须显式传递属性名,这不是很方便:

// 检查属性名称而不使用“provideDelegate”功能
class MyUI {
    val image by bindResource(ResourceID.image_id, "image")
    val text by bindResource(ResourceID.text_id, "text")
}

fun <T> MyUI.bindResource(
        id: ResourceID<T>,
        propertyName: String
): ReadOnlyProperty<MyUI, T> {
   checkProperty(this, propertyName)
   // 创建委托
}

在生成的代码中,会调用 provideDelegate 方法来初始化辅助的 prop$delegate 属性。 比较对于属性声明 val prop: Type by MyDelegate() 生成的代码与 上面(当 provideDelegate 方法不存在时)生成的代码:

class C {
    var prop: Type by MyDelegate()
}

// 这段代码是当“provideDelegate”功能可用时
// 由编译器生成的代码:
class C {
    // 调用“provideDelegate”来创建额外的“delegate”属性
    private val prop$delegate = MyDelegate().provideDelegate(this, this::prop)
    val prop: Type
        get() = prop$delegate.getValue(this, this::prop)
}

请注意,provideDelegate 方法只影响辅助属性的创建,并不会影响为 getter 或 setter 生成的代码。

第 6 段(可获 1.99 积分)

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