Kotlin 知識梳理(3) - 類、對象和接口

Kotlin 知識梳理系列文章

一、本文概要

本文是對<<Kotlin in Action>>的學習筆記，如果需要運行相應的代碼可以訪問在線環境 try.kotlinlang.org，這部分的思維導圖為：

二、定義類繼承結構

2.1 Kotlin 中的接口

Kotlin的接口可以包含以下兩種類型的方法：

簡單的抽象方法
包含默認實現的抽象方法

簡單接口

一個簡單的Kotlin接口使用 interface 關鍵字來聲明，所有實現這個接口的非抽象類都需要實現接口中定義的抽象方法。
Kotlin在類名后面使用冒號代替了Java中的extends和implements關鍵字，一個類可以實現多個接口，但是只能繼承一個類。
override修飾符用來標注被重寫的父類或者接口的方法和屬性，并且是 強制要求 的。

下面的例子中定義了一個接口，并演示了如何實現該接口，以及接口中定義的抽象方法：

在接口中定義方法的默認實現

我們可以給接口的方法提供一個默認的實現，定義的方法和普通函數相同。

如果一個類實現了兩個接口，而這兩個接口定義了相同的方法，并且都提供了該方法的默認實現，那么該類必須顯示實現該方法，否則會在編譯時報錯：

調用繼承自接口的方法的實現

當需要調用一個繼承的實現，可以使用與Java相同的關鍵字 super，并在后面的尖括號中指明父類的名字，最后是調用的方法名：

2.2 訪問性修飾符：open、final、abstract

一般類

在Kotlin中，類和方法默認都是final的，如果想允許創建一個類的子類，需要使用open修飾符來標示這個類，此外還需要給每一個允許被重寫的屬性或方法添加open修飾符。
如果重寫了一個基類的成員，重寫了的函數同樣默認是open的，如果想改變這一行為，可以顯示地將重寫的成員標注為final。

抽象類

我們可以將一個類聲明為abstract，這種類不能被實例化，一個從抽象類通常包含一些沒有實現并且必須在子類重寫的抽象成員：

抽象類中的抽象函數：沒有函數體就默認是abstract的，不一定要加上關鍵字，其訪問性始終是open的。
抽象類中的非抽象函數：默認是final的，如果需要重寫，那么需要加上open修飾符。

小結

open、final和abstract這三個訪問修飾符都 只適用于類，不能用在接口 當中：

open：用于聲明一個類可以被繼承，或者方法可以被子類重寫。
final：不允許類被繼承，或者不允許方法被重寫。
abstract：聲明抽象類，或者抽象類中的抽象方法。

當我們需要重寫方法時，必須加上override修飾符。

2.3 可見性修飾符

Kotlin的可見性修飾符包括以下四種：

修飾符	類成員	頂層聲明
public	所有地方可見	所有地方可見
internal	模塊中可見	模塊中可見
protected	子類中可見	---
private	類中可見	文件中可見

Java和Kotlin在可見性上的區別包括以下幾點：

在Java中默認的可見性是包私有的，而在Kotlin中，默認的可見性是public的。Kotlin用internal作為包可見的替代方案，它表示“只在模塊內部可見”。
Kotlin允許在頂層聲明中使用private可見性，包括類、函數和屬性，這些聲明就只在聲明它們的文件中可見，這是隱藏子系統實現細節的非常有用的方式。
類的擴展函數不能訪問它的private和protected成員。
Kotlin中，一個外部類不能看到其內部類中的private成員。

2.4 內部類和嵌套類

在Kotlin中，如果我們像Java一樣，在一個類的內部定義一個類，那么它并不是一個 內部類，而是 嵌套類，區別在于嵌套類不會持有外部類的引用，也就是說它實際上是一個靜態內部類：

嵌套類

如果要把它嵌套類變成一個 內部類 來持有一個外部類的引用的話需要使用inner修飾符，并且訪問外部類時，需要使用this@{外部類名}的方式。

內部類

2.5 密封類：定義受限的類繼承結構

之前在介紹when表達式的時候，我們用了一個表達式的例子，Num和Sum繼承于基類Expr，分別表達數字和兩個表達式之和，而對于不屬于Expr的子類，我們需要提供額外的else操作符。

假如我們給Expr添加了一個新的子類，編譯器并不能發現有地方改變了。如果忘記了添加一個新分支，就會選擇默認的選項，這有可能導致潛在的bug。

Kotlin為這個問題提供了一個解決方案：sealed類。為父類添加一個sealed修飾符，對可能創建的子類做出嚴格的限制，所有的直接子類必須嵌套在父類中。之前的例子修改如下：

這時候，我們在when表達式中已經處理了所有Expr的子類，就不再需要提供默認的分支，假如這時候我們給Expr添加一個新的子類Multi，但是不修改when中的邏輯，那么就會導致編譯失?。?br>

提示的信息為：

在這種情況下，Expr類有一個只能在類內部調用的private構造方法，你也不能聲明一個sealed接口，因為如果這樣做，Kotlin編譯器不能保證任何人都不能在Java代碼中實現這個接口。

三、構造方法

在Java中，一個類可以聲明一個或多個構造方法，Kotlin則將構造方法分為兩類：

主構造方法：主要而簡潔的初始化類的方法，并且在 類體外部聲明。
從構造方法：在 類體內部聲明。

3.1 初始化類：主構造方法和初始化語句塊

假設，我們需要定義一個包含只讀nickname屬性的User類，最簡單的方式為：

上面這段被括號圍起來的語句塊就叫做 主構造方法，它有兩個目的：

表明構造方法的參數。
定義使用這些參數初始化的屬性，也就是nikename。

用于完成上面這兩個功能的最明確的代碼如下所示：

constructor：用來開始一個主構造方法和從構造方法的聲明。
init：引入一個初始化塊語句，這種語句塊包含了在類被創建時執行的代碼，并會與主構造方法一起使用，因為主構造方法有語法限制，這就是為什么要使用初始化語句塊的原因。

在上面的例子中有幾個可以簡化的點：

放在初始化語句塊的語句可以和nikename的聲明結合，因此可以去掉init語句。
如果主構造方法沒有注解或可見性修飾符，可以取消constructor關鍵字。
如果屬性用相應的構造方法參數來初始化，代碼可以通過把val關鍵字加在參數前的方式來進行簡化。

經過了以上三點，就會得到最前面簡化后的結果。

對于構造方法，也可以采用之前在 Kotlin 知識梳理(2) - 函數的定義與調用中介紹的 命名參數 和 默認參數值 的技巧，如果所有的構造方法都有默認值，編譯器會生成一個額外的不帶參數的構造方法來使用所有的默認值。

在Java中，如果父類定義了一個構造方法，那么在子類的構造方法中，必須要通過super方法初始化父類，例如：

//父類。
public class User {

    private String nikeName;

    User(String nikeName) {
        this.nikeName = nikeName;
    }
}
//子類。
public class TwitterUser extends User {

    public TwitterUser(String nikeName) {
       super(nikeName);
    }
}

而在Kotlin中，可以通過在基類列表的父類引用中提供父類構造方法參數的方式來做到這一點：

假如一個類沒有聲明任何的構造方法，將會生成一個不做任何事的默認構造方法，如果有子類繼承了它，那么必須顯示地調用父類的構造方法，即使它沒有任何的參數。
如果想要確保你的類不被其它代碼實例化，必須把構造方法標記為private，我們對上面的例子進行修改：

報錯的原因為：

在大多數真實的場景中，類的構造方法是非常簡明的：它要么沒有參數或者直接與參數對應的屬性關聯，這就是為了Kotlin有為主構造方法設計的簡潔的語法。

3.2 用不同的方式來初始化父類

大多數在Java中需要重載構造方法的場景都被Kotlin支持命名參數和參數默認值的語法所覆蓋了。

定義從構造方法：constructor

而當我們需要擴展一個框架來提供多個構造方法，以便于通過不同的方式來初始化類的時候，就會需要用到從構造方法，從構造方式使用constructor方法引出，例如下面的代碼：

運行結果為：

子類調用父類的從構造方法：super

如果想要擴展這個類，可以聲明同樣的構造方法，并使用super關鍵字調用對應的父類構造方法：

運行結果為：

子類調用自己的另一個構造方法：this

如果想要從一個構造方法中，調用你自己的類的另一個構造方法，那么可以使用this關鍵字：

運行結果為：

需要注意：如果類沒有主構造方法，那么每個從構造方法必須初始化基類（通過super關鍵字）或者委托給另一個這樣做了的構造方法（通過this關鍵字），也就是說，每個從構造方法必須以一個朝外的箭頭開始，并且結束于任意一個基類構造方法，就像上面例子中Button的帶有兩個參數的從構造方法所做的那樣。

3.3 實現在接口中聲明的屬性

在Kotlin中，接口可以包含抽象屬性的聲明：

但是接口并沒有說明這個值應該存儲到一個支持字段還是通過getter來獲取，接口本身并不包含任何狀態，因此只有實現這個接口的類在需要的時候會存儲這個值。

下面是三個例子：

PrivateUser：直接在主構造方法中聲明了這個屬性，這個屬性實現了來自于User的抽象屬性，所以要標記為override。
SubscribingUser：通過一個自定義的getter實現，這個屬性沒有一個支持字段來存儲它的值，它只有一個getter在每次調用時從email中得到昵稱。
FacebookUser：在初始化時，將nickname屬性與值關聯。

接口除了可以聲明抽象屬性外，還可以包含具有getter和setter的屬性，只要它們沒有引用一個支持字段（支持字段需要在接口中存儲狀態，而這是不允許的）：

email：必須在子類中重寫。
nickname：有一個自定義的getter，可以被子類繼承。

運行結果為：

4.4 通過 getter 和 setter 訪問支持字段

現在，我們已經學習了兩種屬性的用法：

存儲值的屬性
具有自定義訪問器在每次訪問時計算值的屬性

現在，我們結合以上兩種，來實現一個既可以存儲值，又可以在值被訪問和修改時提供額外邏輯的屬性：

運行結果為：

上面的address就是 有支持字段的屬性，它和 沒有支持字段的屬性 的區別在于：

如果顯示地引用或者使用默認的訪問器實現，編譯器會為屬性生成支持字段。
如果你提供了一個自定義的訪問器實現并且沒有使用field，支持字段就不會被呈現出來。

4.5 修改訪問器的可見性

訪問器的可見性默認與屬性的可見性相同，但是如果需要可以通過在get和set關鍵字前放置可見性修飾符的方式來修改它，例如在下面的例子中，我們將setter的可見性修改為private：

運行結果為：

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在接口中定義方法的默認實現

調用繼承自接口的方法的實現

2.2 訪問性修飾符：open、final、abstract

一般類

抽象類

小結

2.3 可見性修飾符

2.4 內部類和嵌套類

2.5 密封類：定義受限的類繼承結構

三、構造方法

3.1 初始化類：主構造方法和初始化語句塊

3.2 用不同的方式來初始化父類

定義從構造方法：constructor

子類調用父類的從構造方法：super

子類調用自己的另一個構造方法：this

3.3 實現在接口中聲明的屬性

4.4 通過 getter 和 setter 訪問支持字段

4.5 修改訪問器的可見性

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2.1 Kotlin 中的接口

簡單接口

在接口中定義方法的默認實現

調用繼承自接口的方法的實現

2.2 訪問性修飾符：open、final、abstract

一般類

抽象類

小結

2.3 可見性修飾符

2.4 內部類和嵌套類

2.5 密封類：定義受限的類繼承結構

三、構造方法

3.1 初始化類：主構造方法和初始化語句塊

3.2 用不同的方式來初始化父類

定義從構造方法：constructor

子類調用父類的從構造方法：super

子類調用自己的另一個構造方法：this

3.3 實現在接口中聲明的屬性

4.4 通過 getter 和 setter 訪問支持字段

4.5 修改訪問器的可見性

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