Kotlin面向对象编程语言 Vs. Java语法特性

🕗2024-04-09

1 前言

Kotlin 是面向对象编程语言，与 Java 语言类似，都有类、对象、属性、构造函数、成员函数，都有封装、继承、多态三大特性，不同点如下。

Java 有静态（static）代码块，Kotlin 没有；
Java 有静态（static）函数，Kotlin 没有；
Java 构造函数名与类名相同，Kotlin 构造函数名为 constructor；
Kotlin 有初始化代码块（init），Java 没有；
Kotlin 有主构造函数，Java 没有。

在包下面右键，依次点击【New → Kotlin Class/File】，输入类名后，创建 Kotlin 类文件。

如下，创建了一个 Student.kt 文件。

package com.zhyan8.kotlinStudy

class Student {
}

笔者为简化代码，将定义的类与 main 函数放在同一个文件中了。

2 类的结构

如下，Student 类是一个自定义的类，里面包含了一个类的基本结构。

fun main() {
    var stu1 = Student()
    stu1.study()
    println("-----------------------------------------")
    var stu2 = Student("li si", 23)
}

class Student {
    private var name: String = "zhang san" // 属性
        get() { // name的getter函数
            return field
        }
        set(value) { // name的setter函数
            field = value
        }

    private var age: Int = 18 // 属性

    init { // 初始化代码块, 在构造函数前执行
        println("Student init, name=$name, age=$age")
    }

    constructor() { // 无参构造函数
        println("create-1, name=$name, age=$age")
    }

    constructor(name: String, age: Int) { // 有参构造函数
        println("create-2, name=$name, age=$age")
        this.name = name
        this.age = age
    }

    fun study() { // 成员函数
        println("study...")
    }
}

说明：init 代码块可以有多个，按照从前往后的顺序执行；上述构造函数都是次要构造函数，第 3 节中会介绍主构造函数。

运行程序后，打印如下。

Student init, name=zhang san, age=18
create-1, name=zhang san, age=18
study...
-----------------------------------------
Student init, name=zhang san, age=18
create-2, name=li si, age=23

3 主构造函数

主构造函数是紧接在类名后面的构造函数，次要构造函数是类体内部定义的构造函数，它们的区别如下。

主构造函数：主构造函数只能存在一个，只有函数声明，没有函数体，可以在入参中定义类的属性，会自动进行类属性的初始化赋值。
次要构造函数：次要构造函数可以存在多个，可以自定义函数体，也可以无函数体，不能在入参中定义类属性，当类有主构造函数时，所有次要构造函数必须直接或间接地调用主构造函数。

3.1 无参主构造函数

fun main() {
    var stu1 = Student()
    println("-----------------------------------------")
    var stu2 = Student("zhang san")
}

class Student() { // 等价与: class Student constructor()
    init { // 初始化代码块, 在构造函数前执行
        println("init")
    }

    constructor(name: String): this() {
        println("constructor, name=$name")
    }
}

运行程序后，打印如下。

init
-----------------------------------------
init
constructor, name=zhang san

class Student() 等价于 class Student constructor()，如果需要对主构造函数的权限进行控制，可以修改如下。

class Student private constructor() {
    ...
}

3.2 有参主构造函数（普通参数）

fun main() {
    var stu1 = Student("xiao ming", 23)
    println("-----------------------------------------")
    // stu1.name // 编译报错, name不是成员属性
    var stu2 = Student()
}

class Student(name: String, age: Int) {
    init {
        println("init, name=$name, age=$age")
    }

    constructor(): this("zhang san", 18) {
        println("constructor")
    }
}

运行程序后，打印如下。

init, name=xiao ming, age=23
-----------------------------------------
init, name=zhang san, age=18
constructor

3.3 有参主构造函数（成员属性）

fun main() {
    var stu1 = Student("xiao ming", 23)
    println("stu1.name=${stu1.name}, stu1.age=${stu1.age}")
    println("-----------------------------------------")
    var stu2 = Student()
    println("stu2.name=${stu2.name}, stu2.age=${stu2.age}")
}

class Student(var name: String, var age: Int) {
    init {
        println("init, name=$name, age=$age")
    }

    constructor(): this("zhang san", 18) {
        println("constructor")
    }
}

说明：在主构造函数中，通过给入参添加 var（变量）或 val（常量）修饰，使得参数变为成员属性；在次要构造函数中，不能给入参添加 var 或 val 修饰。

运行程序后，打印如下。

init, name=xiao ming, age=23
stu1.name=xiao ming, stu1.age=23
-----------------------------------------
init, name=zhang san, age=18
constructor
stu2.name=zhang san, stu2.age=18

如果用户想修改入参属性的权限，可以在 var 或 val 前面添加权限修饰符。

class Student(private val name: String, protected var age: Int) {
    ...
}

4 封装

封装是指将相关联的属性和函数封装到同一个类中，并且可以控制这些属性和函数的访问权限，它通过隐藏内部细节和提供清晰的接口，提高了代码的安全性、可维护性和可理解性，它是面向对象编程中的重要概念之一。

在 Kotlin 中，有四种访问权限修饰符：private、protected、internal 和 public。这些修饰符控制了代码中类、函数、属性等成员的可见性和访问权限。

private：最严格的访问权限，只在声明它的类或文件内可见。
protected：与 Java 中的 protected 类似，不同之处在于 Kotlin 中 protected 修饰的成员仅对其子类可见，但不一定在同一个文件中可见。另外，protected 在 Kotlin 中不能直接应用于顶层函数和属性（直接定义在文件中的函数和属性，而不是在类中定义的）。
internal：模块内可见（模块是编译在一起的一组 Kotlin 文件），internal 修饰的成员对于同一模块中的任何其他代码都是可见的，但对于其他模块中的代码是不可见的。
public：最宽松的访问权限，public 成员可以被任何地方的代码访问，如果没有指定访问修饰符，默认为 public。

5 继承

继承是指一个类（称为子类或派生类）基于另一个类（称为父类或基类）创建新类，子类继承了父类的属性和函数，并且可以在此基础上进行扩展或修改，它是面向对象编程中的重要概念之一。在 Kotlin 中，继承使用冒号（:）来表示，Any 类是所有类的基类。

类的初始化顺序如下。

父类主构造函数
父类 init 代码块
父类次要构造函数
子类主构造函数
子类 init 代码块
子类次要构造函数

5.1 子类无主构造函数

fun main() {
    var stu = Student("zhang san", 23, 1001)
}

open class People(var name: String) {
    init {
        println("People init, name=$name") // 1
    }

    constructor(name: String, age: Int): this(name) {
        println("People constructor, name=$name, age=$age") // 2
    }
}

class Student : People {
    init {
        println("Student init, name=$name") // 3 (此处不能访问age和id)
    }

    constructor(name: String, age: Int, id: Int) : super(name, age) {
        println("Student constructor, name=$name, age=$age, id=$id") // 4
    }
}

说明：子类必须直接或间接调用一下父类的一个构造函数，否则编译报错。

运行程序后，打印如下。

People init, name=zhang san
People constructor, name=zhang san, age=23
Student init, name=zhang san
Student constructor, name=zhang san, age=23, id=1001

5.2 子类有主构造函数

fun main() {
    var stu = Student("zhang san", 23, 1001)
}

open class People(var name: String) {
    init {
        println("People init, name=$name") // 1
    }

    constructor(name: String, age: Int): this(name) {
        println("People constructor, name=$name, age=$age") // 2
    }
}

class Student(name: String, var age: Int) : People(name, age) {
    init {
        println("Student init, name=$name, age=$age") // 3 (此处不能访问id)
    }

    constructor(name: String, age: Int, id: Int): this(name, age) {
        println("Student constructor, name=$name, age=$age, id=$id") // 4
    }
}

说明：子类必须直接或间接调用一下父类的一个构造函数，否则编译报错；当子类中有主构造函数时，子类中的次要构造函数。

运行程序后，打印如下。

People init, name=zhang san
People constructor, name=zhang san, age=23
Student init, name=zhang san, age=23
Student constructor, name=zhang san, age=23, id=1001

6 多态

多态是指同一个函数可以在不同的对象上表现出不同的行为，这种行为通常通过继承和接口来实现。多态使得代码更加灵活和可扩展，是面向对象编程中的重要概念之一。

6.1 覆盖函数

fun main() {
    var peo: People = Student("li si", 25, 1002)
    peo.say()
}

open class People(var name: String, var age: Int) {
    init {
        println("People init, name=$name, age=$age")
    }

    open fun say() {
        println("People say")
    }
}

class Student(name: String, age: Int, var id: Int) : People(name, age) {
    init {
        println("Student init, name=$name, age=$age, id=$id")
    }

    override fun say() {
        println("Student say")
    }
}

运行程序后，打印如下。

People init, name=li si, age=25
Student init, name=li si, age=25, id=1002
Student say

6.2 覆盖属性

fun main() {
    var peo : People = Student()
    peo.doSomething()
}

open class People {
    open var name: String = "zhang san"

    fun doSomething() {
        println("doSomething, name=$name")
    }
}

class Student : People() {
    override var name: String = "li si"
}

运行程序后，打印如下。

doSomething, name=li si

6.3 类型智能转换

fun main() {
    var peo: People = Student()
    // peo.study() // 编译报错
    if (peo is Student) {
        peo.study() // 智能转换为Student
    }
}

open class People {
}

class Student : People() {
    fun study() {
        println("study...")
    }
}

说明：Java 没有智能转换特性，需要进行强制类型转换。

7 抽象类

使用 abstract 修饰的类称为抽象类，抽象类中可以有抽象属性和函数，这些属性和函数被添加了 abstract 修饰符，父类不能实现，子类必须重写实现（子类如果也是抽象类除外）。抽象类不能被实例化，只能实例化其具化子类，抽象类中允许有具化的属性和函数。

fun main() {
    // var peo = People() // 编译报错, 抽象类不能被实例化
    var stu = Student()
    stu.say()
}

abstract class People {
    abstract var name: String
    abstract fun say()
}

class Student : People() {
    override var name: String = "xiao min"

    override fun say() {
        println("$name: Hello")
    }
}

说明：Java 中只有抽象函数，没有抽象属性。

运行程序后，打印如下。

xiao min: Hello

8 接口

接口与抽象类有些类似，接口里只有抽象属性和函数（函数允许有默认实现，属性不能），Kotlin 中允许一个类实现多个接口，但最多只能继承一个类。

fun main() {
    var c = C("xxx", "yyy")
    c.aFun()
    c.bFun()
}

interface A {
    var x: String
    fun aFun()
}

interface B {
    var y: String
    fun bFun()
}

class C(override var x: String, override var y: String) : A, B {
    override fun aFun() {
        println("aFun, x=$x")
    }

    override fun bFun() {
        println("bFun, y=$y")
    }
}

运行程序后，打印如下。

aFun, x=xxx
bFun, y=yyy

9 枚举类型

1）枚举类

enum class Color(val tag: String) {
    RED("red") {
        override fun test() {
            println("test, $tag")
        }
    },
    GREEN("green") {
        override fun test() {
            println("test, $tag")
        }
    },
    BLUE("blue") {
        override fun test() {
            println("test, $tag")
        }
    };

    fun printColor(): Unit {
        println("color=$tag")
    }

    abstract fun test()
}

2）enumValueOf、enumValues

fun main() {
    var color: Color = enumValueOf<Color>("RED")
    var colors: Array<Color> = enumValues<Color>()
    println(colors.joinToString()) // RED, GREEN, BLUE
}

3）name、ordinal、entries、values

fun main() {
    println(Color.GREEN.name) // GREEN
    println(Color.RED.ordinal) // 0
    var entries: EnumEntries<Color> = Color.entries
    println(entries) // [RED, GREEN, BLUE]
    var colors: Array<Color> = Color.values()
    println(colors.joinToString()) // RED, GREEN, BLUE
}

4）自定义属性和函数

fun main() {
    Color.RED.printColor() // color=red
    Color.GREEN.test() // test, green
    println(Color.BLUE.tag) // blue
}

10 data class

在 class 前面添加 data 关键字表示为一个数据类，编译器会根据主构造函数中声明的所有属性自动为其生成以下函数。

equals()
hashCode()
toString()
componentN()
copy()

fun main() {
    val stu1 = Student("Zhang", 20)
    val stu2 = Student("Zhang", 20)
    // hashCode、equals
    println(stu1 == stu2) // true
    // toString
    println(stu1) // Student(name=Zhang, age=20)
    // componentN
    var (name, age) = stu1
    println("($name, $age)") // (Zhang, 20)
    // copy
    var stu3 = stu1.copy()
}

data class Student(var name: String, var age: Int)

为了确保生成代码的一致性和有效性，数据类必须满足以下要求。

主构造函数中至少有一个参数。
主构造函数中的参数必须标记为 val 或 var。
数据类不能是抽象的、开放的、封闭的、内部的。

数据类中成员函数的生成遵循以下规则。

如果数据类中，equals、hashCode、toString 等函数存在显示实现，或者在父类中有 final 实现，则不会自动生成这些函数，并使用现有的实现。
如果父类具有 open、componentN 函数，并返回兼容类型，则为数据类生成相应的函数，并覆盖父类的相应函数。
不允许为 componentN 和 copy 函数提供显示实现。