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Kotlin 實戰範例 (1) 為什麼要學 Kotlin

Kotlin 實戰範例

Java 寫的好好的，為什麼要改用 Kotlin 呢？Kotlin 提供了哪些 Java 沒有的語言特性？這些特性如何讓我們寫程式更順手、更開心呢？

還是要先聲明，每個程式語言的誕生都是想要解決特定的問題，好壞與否其實關乎個人的選擇，這裡提及其他的 JVM 語言僅用來互相比較。

JVM 語言眾多，Kotlin 只是其中一種，藉由和其他 JVM 語言的比較可以瞭解 Kotlin 在設計上的哲學。Kotlin 做為一個新生代的程式語言，可以從許多程式語言上學到優秀的解決方法，讓語法更加靈活與現代化。

1.1 眾多的 JVM 語言

程式碼必須被編譯為機器語言讓電腦執行，針對不同的作業系統及硬體裝置都必須特別處理，因此當年為了解決這個問題而打造了 JVM (Java Virtual Machine, Java 虛擬機器)，由它來處理不同作業系統及硬體裝置的部分，我們寫的程式只要編譯成位元碼 (byte code) 交由 JVM 來處理即可。

由於這個設計，只要其他程式語言可以編譯成 JVM 能讀取的位元碼，就能夠利用 JVM 來達到跨平台的能力，於是就產生了許多可以在 JVM 上運行的程式語言，可以看看 JVM 語言清單。

在 Kotlin 之前比較熱門的 JVM 語言有 Scala 及 Groovy。Kotlin 受這兩種語言的啟發而被設計出來，細看這三種語言的語法，會有許多相似之處。 Groovy 在 2003 年發表，是個同時包含動、靜態型別系統的語言，受到 Java 、Python 及 Ruby 等語言的啟發，Groovy 就像是 JVM 版的 Python。Scala 也差不多在同一個時期出現，受啟發的語言眾多，語法中可以看到這些語言的影子。

Kotlin 接收了這些語言的設計哲學，並且將目標放在接近 Java 的編譯速度、檔案大小及方法數量上，這也許就是 Kotlin 被選為 Android 官方語言的原因之一，因為 Android 有方法數量上限的 64k 的限制 (現在可以透過 Multidex 來解決)，如果使用 Scala 或 Groovy ，方法數量會爆增，很容易就超過這個限制，可以看看 SidneyXu/AndroidDemoIn4Languages 的實驗 (註：這個實驗是 2017 年做的，數據可能過時，請參考就好)，該實驗以 4 種 JVM 語言 Java、Groovy、Scala、Kotlin 來做比較，請特別注意檔案大小及方法數量，除了 Kotlin 較接近 Java 以外，其他兩個都大上許多。

1.2 Kotlin 的優點

Kotlin 和 Java 的互相操作性做的很好，也就是說，我們可以在現有專案中漸進地使用 Kotlin，不必一次將原本的 Java 專案全部轉移成 Kotlin。要在 Java 中呼叫 Kotlin 的程式碼，或是反過來都沒問題，這樣的好處是，我們可以在 Kotlin 中使用所有已經存在的 Java 框架和類別庫，這對剛起步的 Kotlin 來說幫助非常大。

Kotlin 和 Java 在語法上雖然有不少差異，但是主要還是在思考方式的不同，Kotlin 在設計上積極地使程式碼變得簡潔，並且讓語意清楚，對於已經在使用 Java 的讀者，建議在寫 Kotlin 時暫時忘掉 Java ，當成初學者來學習，避免寫出很像 Java 的 Kotlin 程式碼。

在寫 Java 的時候，因為沒有明確的方法可以知道某個物件是否為空 (null)，如果不小心使用到這個物件，就會引發空指標的例外錯誤 (NPE, NullPointerException) ，因此，在 Java 8 時加入了 Optional 的解決方案，不過這個功能在使用上並不是那麼優雅。Kotlin 在設計之初就考慮到這個問題，內建了 null 安全機制，在宣告變數時就必須指定該變數是否接受 null ，這樣在編譯階段就能提早發現並且優雅的處理。

Kotlin 是個混合型的程式語言，同時擁有物件導向及函數式程式設計的特性，它的函式是頭等函式 (first-class function)，也就是說，一個函式可以被當成另外一個函式的參數傳入或回傳值傳出 (如果你會 Javascript 就能明白)，而且函式不一定要寫在類別裡面，它可以單獨存在，再加上擴充函式這個非常棒的特性，在撰寫程式時可以非常靈活，以上這些特性在 Java 中是沒有的。

最後，如我們前面提過的，Kotlin 的編譯結果很接近 Java，並且已經被 Android 團隊列為官方的第一優先 (Kotlin-first) 開發語言，如果想開發 Android 應用程式，這已經是不用多想的必學程式語言；在其他領域如網頁框架及原生應用程式等等，這些更多更廣的應用都非常令人期待。

1.3 看看 Kotlin 如何做

1.3.1 程式的起點

Java 必須先建立一個類別，並在其中建立一個靜態方法 main() 做為程式的起點，請看範例：

/* Java */
public class Hello {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.print("Hello Java");
  }
}

Kotlin 不需要特別建立類別，它的函式是頭等函式，等級和類別一樣，因此可以直接以 main() 函式做為程式的起點，請看範例：

/* Kotlin */
fun main(args: Array<String>) {
  print("Hello Kotlin")
}

1.3.2 結尾的分號

Java 必須在敍述行的結尾加上分別，Kotlin 則不需要，除非將兩行敍述寫成一行，中間才需要加上分號，但是不建議這麼做。

1.3.3 資料類別

詳細的內容會有專門的章節做介紹，這裡直接看範例：

/* Java */
public class Book {
    private String isbn;
    private String title;
    private String description;
    private int price;

    public String getIsbn() {
        return isbn;
    }

    public void setIsbn(String isbn) {
        this.isbn = isbn;
    }

    public String getTitle() {
        return title;
    }

    public void setTitle(String title) {
        this.title = title;
    }

    public String getDescription() {
        return description;
    }

    public void setDescription(String description) {
        this.description = description;
    }

    public int getPrice() {
        return price;
    }

    public void setPrice(int price) {
        this.price = price;
    }
}

相同的內容在 Kotlin 中只要一行，為了容易閱讀，將程式碼斷行排列，請看範例：

/* Kotlin */
data class Book(
  var isbn:String, 
  var title:String, 
  var description:String, 
  var price:Int
)

註： Java 14 預計會引進 Records ，其特性和 data class 很像。

1.3.4 安全的 null

使用未初始化的空物件會導致程式發生 NPE (NullPointerException) 的例外錯誤，於是我們會在程式碼中不斷地到處檢查物件是否為 null。

Java 8 新增了一個 Optional 的新功能來避免 NPE，而 Kotlin 則內建在資料型別中，以問號 ? 來表示可能為空值的情況，請看範例：

/* Java */
import java.util.Optional;

public class App {

  public static void main(String[] args) {
    String name = null;
    print(name);
    // 使用 Java 8 的 Optional
    Optional<String> optName = Optional.ofNullable(name);
    print(optName);
  }

  private static void print(String name) {
    // 傳統寫法
    if (name != null) {
      System.out.println(name);
    }
  }
  
  private static void print(Optional<String> optName) {
    // 和傳統寫法差不多，只是換成呼叫方法
    if (optName.isPresent()) {
      // 必須呼叫 get() 方法取值
      System.out.println(optName.get());
    }
    // 用這個可以少寫 if
    optName.ifPresent( name -> System.out.println(name));
    // 或是在發生 null 時給其他的值
    System.out.println(optName.orElse("is null"));
  }
}

註：若要瞭解 Java 8 Optional 的完整用法，可以參考： Java8 新功能筆記 (4) - Optional 。

在 Optional 之前，由於方法中無法得知傳進來的引數值是不是 null，一般來說都會防衛式的去檢查；在使用 Optional 後，我們可以明確得知傳入的引數值可能 null，因此做出額外的檢查及處理。現在來看看 Kotlin 怎麼做：

/* Kotlin */
fun main(args: Array<String>) {
  // 這樣會編譯錯誤
  // var name: String = null
  
  var name: String? = null
  
  // 編譯錯誤，這個函式不接受可能 null 的變數傳入
  // printName(name)
  
  var name2: String = "Tony"
  printName(name2)
}

fun printName(name: String) {
  println(name)
}

Kotlin 在設計型別時就加上 null 判斷的機制，因此不需要在程式碼上做額外的操作，不僅簡潔也更明確，而且這些全都在編譯時期就能檢查出來。