不了解這12個(gè)語(yǔ)法糖，別說(shuō)你會(huì)Java！

2021-03-02    分類： 網(wǎng)站建設(shè)

本文從 Java 編譯原理角度，深入字節(jié)碼及 class 文件，抽絲剝繭，了解 Java 中的語(yǔ)法糖原理及用法，幫助大家在學(xué)會(huì)如何使用 Java 語(yǔ)法糖的同時(shí)，了解這些語(yǔ)法糖背后的原理。

語(yǔ)法糖

語(yǔ)法糖(Syntactic Sugar)，也稱糖衣語(yǔ)法，是由英國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)家 Peter.J.Landin 發(fā)明的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，指在計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中添加的某種語(yǔ)法，這種語(yǔ)法對(duì)語(yǔ)言的功能并沒(méi)有影響，但是更方便程序員使用。簡(jiǎn)而言之，語(yǔ)法糖讓程序更加簡(jiǎn)潔，有更高的可讀性。

有意思的是，在編程領(lǐng)域，除了語(yǔ)法糖，還有語(yǔ)法鹽和語(yǔ)法糖精的說(shuō)法，篇幅有限這里不做擴(kuò)展了。

我們所熟知的編程語(yǔ)言中幾乎都有語(yǔ)法糖。作者認(rèn)為，語(yǔ)法糖的多少是評(píng)判一個(gè)語(yǔ)言夠不夠牛逼的標(biāo)準(zhǔn)之一。

很多人說(shuō)Java是一個(gè)“低糖語(yǔ)言”，其實(shí)從Java 7開始Java語(yǔ)言層面上一直在添加各種糖，主要是在“Project Coin”項(xiàng)目下研發(fā)。盡管現(xiàn)在Java有人還是認(rèn)為現(xiàn)在的Java是低糖，未來(lái)還會(huì)持續(xù)向著“高糖”的方向發(fā)展。

解語(yǔ)法糖

前面提到過(guò)，語(yǔ)法糖的存在主要是方便開發(fā)人員使用。但其實(shí)，Java虛擬機(jī)并不支持這些語(yǔ)法糖。這些語(yǔ)法糖在編譯階段就會(huì)被還原成簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，這個(gè)過(guò)程就是解語(yǔ)法糖。

說(shuō)到編譯，大家肯定都知道，Java語(yǔ)言中，javac命令可以將后綴名為.java的源文件編譯為后綴名為.class的可以運(yùn)行于Java虛擬機(jī)的字節(jié)碼。

如果你去看com.sun.tools.javac.main.JavaCompiler的源碼，你會(huì)發(fā)現(xiàn)在compile()中有一個(gè)步驟就是調(diào)用desugar()，這個(gè)方法就是負(fù)責(zé)解語(yǔ)法糖的實(shí)現(xiàn)的。

Java 中最常用的語(yǔ)法糖主要有泛型、變長(zhǎng)參數(shù)、條件編譯、自動(dòng)拆裝箱、內(nèi)部類等。本文主要來(lái)分析下這些語(yǔ)法糖背后的原理。一步一步剝?nèi)ヌ且?，看看其本質(zhì)。

糖塊一、 switch 支持 String 與枚舉

前面提到過(guò)，從Java 7 開始，Java語(yǔ)言中的語(yǔ)法糖在逐漸豐富，其中一個(gè)比較重要的就是Java 7中switch開始支持String。

在開始coding之前先科普下，Java中的swith自身原本就支持基本類型。比如int、char等。

對(duì)于int類型，直接進(jìn)行數(shù)值的比較。對(duì)于char類型則是比較其ascii碼。

所以，對(duì)于編譯器來(lái)說(shuō)，switch中其實(shí)只能使用整型，任何類型的比較都要轉(zhuǎn)換成整型。比如byte。short，char(ackii碼是整型)以及int。

那么接下來(lái)看下switch對(duì)String得支持，有以下代碼：

  1. public class switchDemoString { 
  2.     public static void main(String[] args) { 
  3.         String str = "world"; 
  4.         switch (str) { 
  5.         case "hello": 
  6.             System.out.println("hello"); 
  7.             break; 
  8.         case "world": 
  9.             System.out.println("world"); 
  10.             break; 
  11.         default: 
  12.             break; 
  13.         } 
  14.     } 
  15. } 

反編譯后內(nèi)容如下：

  1. public class switchDemoString 
  2. { 
  3.     public switchDemoString() 
  4.     { 
  5.     } 
  6.     public static void main(String args[]) 
  7.     { 
  8.         String str = "world"; 
  9.         String s; 
  10.         switch((s = str).hashCode()) 
  11.         { 
  12.         default: 
  13.             break; 
  14.         case 99162322: 
  15.             if(s.equals("hello")) 
  16.                 System.out.println("hello"); 
  17.             break; 
  18.         case 113318802: 
  19.             if(s.equals("world")) 
  20.                 System.out.println("world"); 
  21.             break; 
  22.         } 
  23.     } 
  24. } 

看到這個(gè)代碼，你知道原來(lái)字符串的switch是通過(guò)equals()和hashCode()方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。還好hashCode()方法返回的是int，而不是long。

仔細(xì)看下可以發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行switch的實(shí)際是哈希值，然后通過(guò)使用equals方法比較進(jìn)行安全檢查，這個(gè)檢查是必要的，因?yàn)楣？赡軙?huì)發(fā)生碰撞。因此它的性能是不如使用枚舉進(jìn)行switch或者使用純整數(shù)常量，但這也不是很差。

糖塊二、 泛型

我們都知道，很多語(yǔ)言都是支持泛型的，但是很多人不知道的是，不同的編譯器對(duì)于泛型的處理方式是不同的。

通常情況下，一個(gè)編譯器處理泛型有兩種方式：Code specialization和Code sharing。

C++和C#是使用Code specialization的處理機(jī)制，而Java使用的是Code sharing的機(jī)制。

Code sharing方式為每個(gè)泛型類型創(chuàng)建唯一的字節(jié)碼表示，并且將該泛型類型的實(shí)例都映射到這個(gè)唯一的字節(jié)碼表示上。將多種泛型類形實(shí)例映射到唯一的字節(jié)碼表示是通過(guò)類型擦除(type erasue)實(shí)現(xiàn)的。

也就是說(shuō)，對(duì)于Java虛擬機(jī)來(lái)說(shuō)，他根本不認(rèn)識(shí)Map。

類型擦除的主要過(guò)程如下：

1.將所有的泛型參數(shù)用其最左邊界(最頂級(jí)的父類型)類型替換。

2.移除所有的類型參數(shù)。

以下代碼：

  1. Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();   
  2. map.put("name", "hollis");   
  3. map.put("wechat", "Hollis");   
  4. map.put("blog", "www.hollischuang.com");   

解語(yǔ)法糖之后會(huì)變成：

  1. Map map = new HashMap();   
  2. map.put("name", "hollis");   
  3. map.put("wechat", "Hollis");   
  4. map.put("blog", "www.hollischuang.com");   

以下代碼：

  1. public static <A extends Comparable<A>> A max(Collection<A> xs) { 
  2.     Iterator<A> xi = xs.iterator(); 
  3.     A w = xi.next(); 
  4.     while (xi.hasNext()) { 
  5.         A x = xi.next(); 
  6.         if (w.compareTo(x) < 0) 
  7.             w = x; 
  8.     } 
  9.     return w; 
  10. } 

類型擦除后會(huì)變成：

  1. public static Comparable max(Collection xs){ 
  2.     Iterator xi = xs.iterator(); 
  3.     Comparable w = (Comparable)xi.next(); 
  4.     while(xi.hasNext()) 
  5.     { 
  6.         Comparable x = (Comparable)xi.next(); 
  7.         if(w.compareTo(x) < 0) 
  8.             w = x; 
  9.     } 
  10.     return w; 
  11. } 

虛擬機(jī)中沒(méi)有泛型，只有普通類和普通方法，所有泛型類的類型參數(shù)在編譯時(shí)都會(huì)被擦除，泛型類并沒(méi)有自己獨(dú)有的Class類對(duì)象。比如并不存在List.class或是List.class，而只有List.class。

糖塊三、 自動(dòng)裝箱與拆箱

自動(dòng)裝箱就是Java自動(dòng)將原始類型值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的對(duì)象，比如將int的變量轉(zhuǎn)換成Integer對(duì)象，這個(gè)過(guò)程叫做裝箱，反之將Integer對(duì)象轉(zhuǎn)換成int類型值，這個(gè)過(guò)程叫做拆箱。

因?yàn)檫@里的裝箱和拆箱是自動(dòng)進(jìn)行的非人為轉(zhuǎn)換，所以就稱作為自動(dòng)裝箱和拆箱。

原始類型byte, short, char, int, long, float, double 和 boolean 對(duì)應(yīng)的封裝類為Byte, Short, Character, Integer, Long, Float, Double, Boolean。

先來(lái)看個(gè)自動(dòng)裝箱的代碼：

  1. public static void main(String[] args) { 
  2.     int i = 10; 
  3.     Integer n = i; 
  4. } 

反編譯后代碼如下：

  1. public static void main(String args[]) 
  2. { 
  3.     int i = 10; 
  4.     Integer n = Integer.valueOf(i); 
  5. } 

再來(lái)看個(gè)自動(dòng)拆箱的代碼：

  1. public static void main(String[] args) { 
  2.  
  3.     Integer i = 10; 
  4.     int n = i; 
  5. } 

反編譯后代碼如下：

  1. public static void main(String args[]) 
  2. { 
  3.     Integer i = Integer.valueOf(10); 
  4.     int n = i.intValue(); 
  5. } 

從反編譯得到內(nèi)容可以看出，在裝箱的時(shí)候自動(dòng)調(diào)用的是Integer的valueOf(int)方法。而在拆箱的時(shí)候自動(dòng)調(diào)用的是Integer的intValue方法。

所以，裝箱過(guò)程是通過(guò)調(diào)用包裝器的valueOf方法實(shí)現(xiàn)的，而拆箱過(guò)程是通過(guò)調(diào)用包裝器的 xxxValue方法實(shí)現(xiàn)的。

糖塊四 、 方法變長(zhǎng)參數(shù)

可變參數(shù)(variable arguments)是在Java 1.5中引入的一個(gè)特性。它允許一個(gè)方法把任意數(shù)量的值作為參數(shù)。

看下以下可變參數(shù)代碼，其中print方法接收可變參數(shù)：

  1. public static void main(String[] args) 
  2.     { 
  3.         print("Holis", "公眾號(hào):Hollis", "博客：www.hollischuang.com", "QQ：907607222"); 
  4.     } 
  5.  
  6. public static void print(String... strs) 
  7. { 
  8.     for (int i = 0; i < strs.length; i++) 
  9.     { 
  10.         System.out.println(strs[i]); 
  11.     } 
  12. } 

反編譯后代碼：

  1. public static void main(String args[]) 
  2. { 
  3.     print(new String[] { 
  4.         "Holis", "\u516C\u4F17\u53F7:Hollis", "\u535A\u5BA2\uFF1Awww.hollischuang.com", "QQ\uFF1A907607222" 
  5.     }); 
  6. } 
  7.  
  8. public static transient void print(String strs[]) 
  9. { 
  10.     for(int i = 0; i < strs.length; i++) 
  11.         System.out.println(strs[i]); 
  12.  
  13. } 

從反編譯后代碼可以看出，可變參數(shù)在被使用的時(shí)候，他首先會(huì)創(chuàng)建一個(gè)數(shù)組，數(shù)組的長(zhǎng)度就是調(diào)用該方法是傳遞的實(shí)參的個(gè)數(shù)，然后再把參數(shù)值全部放到這個(gè)數(shù)組當(dāng)中，然后再把這個(gè)數(shù)組作為參數(shù)傳遞到被調(diào)用的方法中。

糖塊五 、 枚舉

Java SE5提供了一種新的類型-Java的枚舉類型，關(guān)鍵字enum可以將一組具名的值的有限集合創(chuàng)建為一種新的類型，而這些具名的值可以作為常規(guī)的程序組件使用，這是一種非常有用的功能。參考：Java的枚舉類型用法介紹

要想看源碼，首先得有一個(gè)類吧，那么枚舉類型到底是什么類呢?是enum嗎?

答案很明顯不是，enum就和class一樣，只是一個(gè)關(guān)鍵字，他并不是一個(gè)類。

那么枚舉是由什么類維護(hù)的呢，我們簡(jiǎn)單的寫一個(gè)枚舉：

  1. public enum t { 
  2.     SPRING,SUMMER; 
  3. } 

然后我們使用反編譯，看看這段代碼到底是怎么實(shí)現(xiàn)的，反編譯后代碼內(nèi)容如下：

  1. public final class T extends Enum 
  2. { 
  3.     private T(String s, int i) 
  4.     { 
  5.         super(s, i); 
  6.     } 
  7.     public static T[] values() 
  8.     { 
  9.         T at[]; 
  10.         int i; 
  11.         T at1[]; 
  12.         System.arraycopy(at = ENUM$VALUES, 0, at1 = new T[i = at.length], 0, i); 
  13.         return at1; 
  14.     } 
  15.  
  16.     public static T valueOf(String s) 
  17.     { 
  18.         return (T)Enum.valueOf(demo/T, s); 
  19.     } 
  20.  
  21.     public static final T SPRING; 
  22.     public static final T SUMMER; 
  23.     private static final T ENUM$VALUES[]; 
  24.     static 
  25.     { 
  26.         SPRING = new T("SPRING", 0); 
  27.         SUMMER = new T("SUMMER", 1); 
  28.         ENUM$VALUES = (new T[] { 
  29.             SPRING, SUMMER 
  30.         }); 
  31.     } 
  32. } 

通過(guò)反編譯后代碼我們可以看到，public final class T extends Enum，說(shuō)明，該類是繼承了Enum類的，同時(shí)final關(guān)鍵字告訴我們，這個(gè)類也是不能被繼承的。

當(dāng)我們使用enmu來(lái)定義一個(gè)枚舉類型的時(shí)候，編譯器會(huì)自動(dòng)幫我們創(chuàng)建一個(gè)final類型的類繼承Enum類，所以枚舉類型不能被繼承。

糖塊六 、 內(nèi)部類

內(nèi)部類又稱為嵌套類，可以把內(nèi)部類理解為外部類的一個(gè)普通成員。

內(nèi)部類之所以也是語(yǔ)法糖，是因?yàn)樗鼉H僅是一個(gè)編譯時(shí)的概念。

outer.java里面定義了一個(gè)內(nèi)部類inner，一旦編譯成功，就會(huì)生成兩個(gè)完全不同的.c

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本文URL：http://www.muchs.cn/news3/103703.html

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