kotlin入门潜修之进阶篇—高阶方法和lambda表达式

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高阶方法和lambda表达式

在kotlin中，方法是一等公民。什么是一等公民？翻译成编程语言对应的意思就是：kotlin中的方法同一般的变量一样，可以作为方法参数、可以赋值给其他变量等等。

那么作为静态强类型限制语言的kotlin是怎么做到呢？那就是通过提供方法类型（function types）以及lambda表达式来达到目标的。本篇文章将阐述kotlin中的这些特性。

高阶方法

高阶方法是指，那些入参类型包含方法类型或者返回值是个方法类型的方法。

所以，理解高阶方法之前，必然要理解另外一个定义：方法类型（function types）。

什么是方法类型？其实方法类型和我们常见的数字类型、字符串类型等等是一样的，都是用作定义变量的类型。只不过这个类型看着并不像我们平常定义的其他类型那么容易理解。来看个例子：

fun sayHello(str: String, checkStr: (str: String) -> Boolean) {
    if (checkStr(str)) {
        println("pass...")
    } else {
        println("error...")
    }
}

上面代码定义了一个方法sayHello，这个方法唯一特别的地方就是该方法的第二个参数类型：checkStr: (str: String) -> Boolean 。我们咋一看可能就懵掉了：这个是什么鬼类型，完全看不明白！其实，这个类型就是方法类型！

方法类型的定义如同普通方法的声明一样，可以有入参也可以有返回值，下面针对方法类型做几点阐述：

  1. 方法类型中的参数类型需要使用()括号包裹，如（A, B）-> C中的A、B都需要包裹在小括号中。当然如果没有参数类型可以省略参数类型，如 ()->C就表示该方法类型没有参数类型。
  2. 方法类型中->后面的类型表示该方法类型的返回类型，如（A, B）-> C中的C表示方法的返回类型就是C。如果该方法类型没有返回类型（即默认返回Unit），则必须显示指定其返回类型为Unit，也就是不能省略Unit。
  3. 方法类型可以有额外的接收类型（receive type，如果不明白可以回顾扩展方法那篇文章），如 A.(B) -> C，该方法类型表示可以通过A对象来调用参数为B类型且返回值我C类型的方法。
  4. Suspending方法也是方法类型，只不过比较特殊，这个会在kotlin协程相关的文章中进行阐述。
  5. 方法类型中的入参类型可以指定参数名字，如（x:Int, y:Int）-> Int，这在生成文档时很有用处，增加了文档的可读性。
  6. 方法类型中的->符号是右结合的，所以方法类型(Int) ->((Int) ->Int) 和(Int) -> (Int) -> Int表达的是同一个类型，但是和方法类型((Int) ->(Int)) ->Int是不同的。
  7. 方法类型可以使用typealias关键字定义别名，如：typealias checkStr = (str: String) -> Boolean

好了，总结了一大堆，只不过是在脑子里面留个大概的印象，如果只看一遍而没有实践，过不多久肯定会忘记的。现在先回到前面一个例子中，我们定义了一个方法类型的入参，那么如何使用呢？示例如下：

//main测试方法
fun main(args: Array<String>) {
    val testStr1 = ""
    val testStr2 = "test"
    sayHello(testStr1, { str -> str.isNotEmpty() })//打印'error...'
    sayHello(testStr2, { str -> str.isNotEmpty() })//打印'pass...'
}

上面代码的打印结果已经在语句后面注释出来了，主要关注方法类型是如何调用的。

同其他类型传参一样，调用含有方法类型的方法时，必须要传入一个方法类型的实例，那么该怎么实例化一个方法类型呢？实例化方法类型可以通过以下几种方法：

  1. 使用字面量函数代码块，主要有一下两种：
    （1）lamada表达式。如本例中的{str -> str.isNotEmpt()}就是采用这种方法。
    （2）匿名方法。如上面的例子中我们还可以这么调用：
sayHello(testStr2, fun(str): Boolean { return str.isNotEmpty()})
  1. 传入已定义过的可调用的方法引用，这一类包括成员方法、扩展方法、top-level方法甚至某些构造方法等，如上面例子我们可以直接传入String中的isNotEmpty方法来完成我们的需求（这里以为只判断是否为空，如果有其他复杂逻辑则不能这么用了，除非有已经定义好的完全匹配的相应方法），如下所示：
    sayHello(testStr2, String::isNotEmpty)
  1. 传入实现方法类型接口的自定义类对象。这个是什么意思？看下示例就会明白（注意注释）：
//自定义了一个CheckStr类型，实现了 (String) -> Boolean接口
//注意，这里就不能写成 (str:String) -> Boolean，实现方法类型接口时
//不能有命名参数，只能有类型
class CheckStr : (String) -> Boolean {
    override fun invoke(str: String): Boolean = str.isNotEmpty()
}
//调用方法如下
sayHello(testStr2, CheckStr())

至此，上面的例子算是分析完了。

接下来看下如何通过方法类型的实例来调用方法，示例如下：

fun main(args: Array<String>) {
//定义两个测试字符串
    val testStr1 = ""
    val testStr2 = "test"
//方法类型实例1：checkStr，接收两个参数，返回Boolean值。
//实例化的内容是判断str1以及str2是否为空，如果都不为
//空则返回true，否则返回false
    val checkStr: (String, String) -> Boolean = { str1, str2 -> str1.isNotEmpty() && str2.isNotEmpty() }
    println(checkStr.invoke(testStr1, testStr2))//调用方式1
    println(checkStr(testStr1, testStr2))//调用方式2
//方法类型实例2：checkStr2，注意这里将上面两个参数方法类型
//赋值给了包含有一个receiver、但只有一个入参类型的方法类型
    val checkStr2: String.(String) -> Boolean = checkStr
    println(testStr1.checkStr2(testStr2))//可以直接通过receiver对象调用
}

上面代码主要阐述一下几点（原理将会在下面文章中分析）：

  1. 方法类型的实例有两种调用方式，一种是像普通方法调用一样传入对应的参数即可，如checkStr(testStr1, testStr2)；另一种是通过实例的invoke方法来调用如checkStr.invoke(testStr1, testStr2)。
  2. 对于包含有receiver的方法类型，如果receiver的类型以及该方法类型的剩余参数类型和没有显示定义receiver的方法类的入参类型相匹配，则二者可以进行相互赋值。这个理解起来有点费劲，看下示例说明就会明白：如方法类型String.(String) -> Boolean就是显示包含receiver的方法类型，该receiver的方法类型是String，参数类型也是String，所以它就等同于方法类型(String, String) -> Boolean ,该方法类型同时接收两个String，而第一个String类型刚好和receiver类型相匹配，剩下的参数类型也相互匹配，故可以认为他们是相等的。

Lambda表达式

Lambda表达式一听就很神秘的样子，其实没什么，他和匿名方法都被成为“方法字面量”，他们所表达的场景就是，在没有显示定义方法的时候，我们可以通过这种方式生成一个具有同等形式、功能的方法。

还是回到文章开头提到的sayHello这个例子中：

//sayHello方法，第二个参数类型是方法类型
fun sayHello(str: String, checkStr: (str: String) -> Boolean) {
}
//我们使用中可以这么调用
sayHello("test", { str -> str.isNotEmpty() })
//{ str -> str.isNotEmpty() }就是一个lambda表达式，其作用
//相当于下面显示定义的checkStr方法
fun checkStr(str: String): Boolean {
    return str.isNotEmpty()
}

代码中的注释已经阐述了lambda表达式的含义，lambda表达式可以大大简化代码的写法，也能减少不必要的方法定义，但与此同时带来的副作用就是是代码的可读性大大降低。

lambda表达式定义的语法如下所示：

//直接给sum赋值一个方法类型实例，等于后面就是标识的lambda表达式
 val sum = { x: Int, y: Int -> x + y }
//也可以显示定义sum的类型为(Int,Int)->Int的方法类型
val sum: (Int, Int) -> Int = { x, y -> x + y }

lambda表达式都会被放在{}中，可以指定参数名称也可以省略。当lambda表达式作为方法的最后一个参数时，可以将其提取到方法外部进行实现，如调用上面的sayHello方法可以写成如下形式：

//直接将lambda表达式提取到了方法体的外部
    sayHello("test") { str -> str.isNotEmpty() }

当lambda表达式是唯一的方法入参时，我们可以只保留{}，如下所示：

//假如这里我们定义了只包含一个lambda表达式入参的sayHello方法
fun sayHello(checkStr: (String) -> Boolean) {
    if (checkStr("test")) {
        println("is not empty...")
    }
}
//那么我们就可以使用及其简洁的调用方式
sayHello { str -> str.isNotEmpty() }

上面这种就是我们经常见到的lambda方法调用形式，刚接触的时候会一脸懵逼，理解之后就会发现，实际上这种形式只有方法入参有且只有一个lambda表达式类型的时候的一种简写，这也正是lambda表达式的一个吸引人之处，简化代码。

在kotlin中，对于只有一个lambda入参的方法，还有一个优化的地方，那就是可以使用it来代替实际入参，比如上面调用sayHello的方式还可以简写为如下代码：

//it就指代了传入的str对象
 sayHello { it -> it.isNotEmpty() }

上面代码中，我们并没有显示的返回lambda的结果，那么lambda的返回机制是什么呢？照例说话：

//1. 这个是我们常用的调用方法，并没有太多关注返回值
    sayHello { it -> it.isNotEmpty() }
//2. 其实我们可以在{}中做更多工作，然后再{}的最后返回我们想要的值
//即lambda会将最后一条语句作为其返回值
    sayHello {
        val result = it.isNotEmpty()
        result
    }
//3. 这里我们显示指定了返回值，其效果和1、2中一样
//这里使用了精确返回，即return@sayHello，为什么要这样？
//这是因为如果直接return的话就相当于return当前方法，
//而通过指定label，就表示要return的是当前的方法块。
    sayHello {
        val result = it.isNotEmpty()
        return@sayHello result
    }

上面代码已经注释的很详尽，这里不再阐述。

如果一个高阶方法接收多个lambda表达式，当我们不需要传递时可以传入下划线_，如下所示：

//我们定义了一个sayHello方法，参数是一个方法类型，
//该方法类型需要两个String类型的参数
fun sayHello(checkStr: (String, String) -> Boolean) {
}
//当我们调用sayHello的时候，如果我们不需要传入参数，
//则可以使用_代替，如下代码意思就是不需要用到第一个入参
sayHello { _, str -> str.isNotEmpty() }

匿名方法

阐述过lambda表达式后，继续阐述下匿名方法。相较于lambda表达式，匿名方法容易理解多了。

匿名方法同lambda方法同样都是“方法字面量”，都可以在不显示定义方法的时候提供具有同样形式、功能的实现。只不过匿名方法更加接近普通方法的定义，如下所示：

//匿名方法的形式如下所示，但并不能这么在文件中定义!
 fun(x: Int, y: Int): Int = x + y

当然匿名方法并不能当而皇之的写在class中或者top-level中，而只能作为方法实参传入到方法中，如上面的sayHello可以改用匿名方法的调用形式：

  //通过匿名方法的形式调用sayHello
    sayHello(fun(str: String): Boolean {
        return str.isNotEmpty()
    })
//当方法体只有一条语句时，可以简化为下面语句进行调用
   sayHello(fun(str: String) = str.isNotEmpty())

匿名方法和lambada表达式的不同，主要有两点：

  1. 匿名方法中的入参，必须要放到圆括号里面。而lambda可以简化。
  2. 匿名方法返回时，会返回到该方法的调用处，而lambda则会返回最近的方法调用处。

闭包

什么是闭包？很难用一句话来解释，可以理解为，当一个作用域A位于另一个作用域B中时，A可以访问到其外部作用域B的相关环境，A和B所构成的环境就可以称之为一个闭包。

kotlin中的lambda表达式和匿名方法都可以访问其闭包中的相关环境，这里的相关环境其实就是指一些变量等。如下所示：

//main为测试方法
fun main(args: Array<String>) {
//main方法中有个变量initVal
    var initVal = 1
//示例1，我们可以在lambda表达式中访main作用域中的initVal
    sayHello {
        initVal++
        it.isNotEmpty()
    }
//示例2，我们也可以在匿名方法中访main作用域中的initVal
    sayHello(fun(str: String): Boolean {
        initVal++
        return str.isNotEmpty()
    })
}

至此，高阶方法和lambda表达式的用法已阐述完毕。

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