料想 Kotlin 开发者对于其庞大繁杂的函数家族必深有感触：包括但不限于简化函数、lambda 表达式、匿名函数、高阶函数、扩展函数、内联函数、闭包、顶层函数、局部函数、运算符重载函数等。
细看这些叫法，貌似用都会用。但要论其个中区别乃至实现原理，则难以说得明白。本文将通过格式、用法和反编译后的代码对这些函数进行整体地盘点和对比，期望能为大家理清这些函数之间的关系。
目录前瞻：
- 简化函数
- lambda 表达式和匿名函数
- 高阶函数
- 扩展函数和扩展属性
- 内联函数
- 闭包
- 顶层函数
- 局部函数
- 运算符重载函数
结语
1. 简化函数
Kotlin 中定义方法的时候，如果函数体是单个表达式，可以进行函数简化。
fun generateAnswerString(count: Int, countThreshold: Int): String {
return if (count > countThreshold) {
"I have the answer."
} else {
"The answer eludes me."
}
}
简化的形式是直接赋值：不仅可以省略花括号，还可以省略返回类型以及 return 关键字。
这样子的写法很接近于日常表达习惯，简单明了～
fun generateAnswerString(count: Int, countThreshold: Int) =
if (count > countThreshold) {
"I have the answer"
} else {
"The answer eludes me"
}
反编译之后发现其采用的三元运算符的写法。
@NotNull
public final String generateAnswerString(int count, int countThreshold) {
return count > countThreshold ? "I have the answer." : "The answer eludes me.";
}
2. lambda 表达式和匿名函数
Kotlin 中并不要求函数都拥有名称，只声明其必要的输入类型、输出类型以及表达式即可完成函数的定义。
比如：String 即为输入参数类型，Int 为输出类型，花括号内为 lambda 表达式：
it是隐式参数名称，也可任意拟定，比如这里用 input 指定。如果不需要参数的话也可以省略- 如果有不需要的参数一般用下划线
_取代其名称 - input.length 为计算逻辑以及表达式返回值
(String) -> Int = {
input ->
input.length
}
但没有名称的函数无法直接调用，我们还得为这个匿名函数指定函数引用，使其可以像属性一样被传递、被灵活调用。
val stringLengthFunc: (String) -> Int = {
input ->
input.length
}
定义了名为 stringLength 的函数引用后，函数没有真正的执行，还需要后续的调用。比如：
val stringLength: Int = stringLengthFunc("Android")
反编译看下：
stringLengthFunc 的函数引用事实上是 Kotlin 中预设的 Function1 接口的实现变量，函数的调用会 invoke 到 Function1 的实现体，即包装了真实表达式的逻辑。
public final class Test {
@NotNull
private final Function1 stringLengthFunc;
...
public Test() {
this.stringLength = ((Number)this.stringLengthFunc.invoke("Android")).intValue();
}
}
需要留意的是匿名函数当然可以像普通函数一样无参数、无返回值。无参数的时候 () 内留空即可，无返回值的话返回类型写作 Unit。
val printTime: () -> Unit = {
Log.d("Test", "current:${
System.currentTimeMillis()}")
}
既然匿名函数既然可以像属性一样传递，那么自然可以作为参数传递给其他函数，这就要引出下个话题：高阶函数。
在高阶函数调用的场景里还可以见到匿名函数的另一种形式：无需实例化，直接将函数体传入。
3. 高阶函数
高阶函数是将函数用作参数或返回值的函数。支持高阶函数是 Kotlin 函数式编程的一大特性，这在 Kotlin 源码中有大量的使用。
函数作为参数
Kotlin 中函数执行的时候如果需要回调参数继续处理，则无需像 Java 那样定义接口，而是直接将函数作为参数传入。
如下的 stringMapper 即为高阶函数，mapper 即为函数参数的引用名称。
class Temp {
fun stringMapper(input: String, mapper: (String) -> Int): Int {
return mapper(input)
}
}
匿名函数参数
首先这个函数参数的传入可以是匿名函数的引用，比如：
class Temp {
val stringLengthFunc: (String) -> Int = {
input -> input.length
}
...
fun main() {
stringMapper("Android", stringLengthFunc)
}
}
当然，如果不实例化匿名函数也是可以的，在使用函数的时候将lambda 表达式直接传入，等待调用。
class Temp {
...
fun main() {
stringMapper("Android", {
input ->
input.length }
)
}
}
如果传入的 lambda 表达式是最后一个参数的话，可单独拎出，更加简洁。
class Temp {
...
fun main() {
stringMapper("Android"
) {
input ->
input.length
}
}
}
如果高阶函数只有一个函数参数的话，调用的时候可直接省略圆括号。
class Temp {
val temp = "ddd"
fun stringMapperNew(mapper: (String) -> Int): Int {
return mapper(temp)
}
fun main() {
stringMapperNew {
input ->
input.length
}
}
}
反编译后可以看到高阶函数的函数参数实际传入的 Function1 接口的实例，函数参数的执行也是接口的回调。
public final int stringMapper(@NotNull String input, @NotNull Function1 mapper) {
...
return ((Number)mapper.invoke(input)).intValue();
}
具名函数参数
除了传入匿名函数的方法体或引用，还可以传入普通函数的名称作为参数。
写法稍稍不同，::functionName 的形式。
class Temp {
private fun stringLengthInner(input: String) = input.length
fun main() {
stringMapper("Android", ::stringLengthInner)
}
}
函数作为返回值
如果函数并非想要知道处理结果，只想获得处理方法的话，可以将返回值定义成匿名函数的规格，并在 return 里写上匿名函数的实现。
fun stringMapperFunction(input: String): (String) -> Int {
return {
val newString = input.substring(
input.indexOf("start")
)
newString.length
}
}
同样的看下实现，即返回的类型是 Function1 接口，结果是实现该接口的匿名内部类。
@NotNull
public final Function1 stringMapperFunction(@NotNull final String input) {
Intrinsics.checkNotNullParameter(input, "input");
return (Function1)(new Function1() {
public Object invoke(Object var1) {
return this.invoke((String)var1);
}
public final int invoke(@NotNull String it) {
Intrinsics.checkNotNullParameter(it, "it");
String var3 = input;
int var4 = StringsKt.indexOf$default((CharSequence)input, "start", 0, false, 6, (Object)null);
String var10000 = var3.substring(var4);
Intrinsics.checkNotNullExpressionValue(var10000, "this as java.lang.String).substring(startIndex)");
String newString = var10000;
return newString.length();
}
});
}
与 let 等函数的关系
let 等函数是结合了 inline 函数、扩展函数的高阶函数，以 let 为例看下源码：
@kotlin.internal.InlineOnly
public inline fun <T, R> T.let(block: (T) -> R): R {
contract {
callsInPlace(block, InvocationKind.EXACTLY_ONCE)
}
return block(this)
}
可以看到：
- 其实是
T类型的扩展函数，接受引用名称为block、参数类型为T、返回类型为R的匿名函数 - 函数本身又返回和匿名函数参数相同的
R类型 - 方法体内构建完 contract 之后即调用 block 函数并返回
这样的话，任意对象调用该函数传入的方法体，将拥有等同于对象本身的参数。正如前面所说，lambda 表达式默认用 it 作为其默认引用（当然也可以自定义参数名称），并且 let 方法最终返回的就是方法体的返回类型。
fun main() {
val lastResult = stringMapper( ... ).let {
it -> "$it-done"
}
}
既然 let 能接受匿名函数体，自然也可以接受具名函数传入。
class Test {
private fun stringLengthInner2(input: Int) = "$input-done"
fun main() {
val lastResult2 = stringMapper( ... ).let(::stringLengthInner2)
}
}
除了 let，再瞅一眼 also 函数的源码，进行些对比以加深理解：
@kotlin.internal.InlineOnly
@SinceKotlin("1.1")
public inline fun <T> T.also(block: (T) -> Unit): T {
contract {
callsInPlace(block, InvocationKind.EXACTLY_ONCE)
}
block(this)
return this
}
通过观察其定义，不难理解，also 函数将拥有如下特性：
- 方法体将拥有和 let 一样的 it 参数
- 但方法体不存在返回值，即和 let 不同，最后一个表达式的结果无法被 also 直接沿用
- 而且 also 函数返回的是执行函数的对象本身
inline 函数和扩展函数的原理将会在后面阐述，作为高级、匿名函数部分的原理比较简单，就是按照 let 等源码的顺序调用匿名函数并按约定返回相应类型即可。
4. 扩展函数和扩展属性
扩展函数
Kotlin 可以实现扩展一个类的新功能而无需继承该类。 比如可以为一个不能修改的第三方库中的类编写一个新的函数， 这个新增的函数就像那个原始类本来就有的函数一样，可以用普通的方法调用。 这种机制称为扩展函数。
来看一个典型的扩展函数写法：
fun String.lastChar(): Char = this[length - 1]
- String. 表示扩展的目标类
- lastChar 即函数名
- Char 即函数返回类型
this代表当前类的实例，并非必须、可省略- […] 即函数体
在 Kotlin 和 Java 中不同的调用方法
Kotlin 中直接调用：
class Test {
...
fun main() {
...
Log.d("test", "last char:${
"Ellison".lastChar()}")
}
}
fun String.lastChar(): Char = this[length - 1]
Java 中则是像静态类一样调用该扩展方法，要注意两点：
- Java 中当镜头方法调用它，类名为扩展函数所存在的
Kt 文件名 + Kt。此处即为 TestKt - 调用函数传入的第一个参数为实例，其后为函数参数
public class TestJava {
static void main(String[] args) {
Log.d("test", "last char" + TestKt.lastChar("Ellison"));
}
}
泛型扩展函数
对于泛型类的也可以拥有扩展函数，只不过需要在声明的函数前指定泛型，否则无法扩展成功。
比如给 MutableMap 添加新的函数：
fun <K, V> MutableMap<K, V> .putLast(): V? {
...
}
与 apply 等函数的关系
以 apply 函数，了解下源码中扩展函数的应用：
public inline fun <T> T.apply(block: T.() -> Unit): T {
contract {
callsInPlace(block, InvocationKind.EXACTLY_ONCE)
}
block()
return this
}
apply 和 let 等函数一样是扩展自任意类型对象的函数，因为泛型的缘故在函数前添加了 <T> 的声明、block 参数的 T.()->Unit 指的是带有指向 T 实例的 this 的参数并无返回值。
T.()->Unit 这种带有接收者的参数形式被称为函数字面值，其和扩展函数的形式有点像，但并不是。通过反编译之后会发现它仍然属于匿名函数的范畴，通过 Function2 接口实现，只不过传入的参数是 T 其本身。
apply 函数返回 T 类型，内部则是调用 block() 传入 T 对象，进行处理之后，返回对象本身。
从如下的 run 函数的源码可以看出与 apply 之间的区别：其函数参数和返回值均是 R 类型，这将导致像 let 和 also 一样的不同点：
- apply 总是返回的是对象本身
- run 返回的是函数结果
public inline fun <T, R> T.run(block: T.() -> R): R {
contract {
callsInPlace(block, InvocationKind.EXACTLY_ONCE)
}
return block()
}
扩展属性
扩展属性提供了一种方法能通过属性语法进行访问的 API 来扩展。尽管它们被叫做属性，但是它们不能拥有任何状态，它不能添加额外的字段到现有的 Java 对象实例。
比如下面的为 List 添加一个 last 属性用于获取列表的最后一个元素，this 可以省略。注意：泛型仍要声明在扩展属性前。
val <T> List<T>.last: T get() = get(size - 1)
val listString = listOf("Android Q", "Android N", "Android M")
fun main() {
println("listString.last${
listString.last}")
}
与 KTX 的关系
KTX 是专门为 Android 库设计的 Kotlin 扩展程序，以提供简洁易用的 Kotlin 代码，其中部分 KTX 采用了扩展属性的写法，比如 viewModelScope。
它向 ViewModel 类扩展了 viewModelScope 属性，供 ViewModel 中便捷地使用 CoroutineScope：绑定至 Dispatchers.Main，并且会在清除 ViewModel 后自动取消。
public val ViewModel.viewModelScope: CoroutineScope
get() {
val scope: CoroutineScope? = this.getTag(JOB_KEY)
if (scope != null) {
return scope
}
return setTagIfAbsent(
JOB_KEY,
CloseableCoroutineScope(SupervisorJob() + Dispatchers.Main.immediate)
)
}
伴生对象扩展函数和属性
如果一个类定义了伴生对象，那么我们也可以为伴生对象定义扩展函数与属性，并且就可以和伴生对象一样使用类名直接访问：
class Job {
companion object {
}
}
class Test {
fun main() {
Job.print("Extension for Companion object.")
}
}
fun Job.Companion.print(summary: String) {
Log.d("Test", "Job:$summary")
}
原理
看下上述 String.lastChar() 扩展函数反编译后的代码:
即在 TestKt Class 内生成了同名的静态函数，接收的参数即为目标 Class 即 String 实例，内部将调用扩展函数的函数体。
public final class TestKt {
public static final char lastChar(@NotNull String $this$lastChar) {
Intrinsics.checkNotNullParameter($this$lastChar, "$this$lastChar");
return $this$lastChar.charAt($this$lastChar.length() - 1);
}
}
再看下 viewModelScope KTX 的反编译来研究下扩展属性的原理：
同样在 XXXKt 的 ViewModelKt Class 内生成了静态方法，不过名称为 getXXX 形式，其接收的参数为 ViewModel 实例，内部执行 get() 的逻辑并返回。
public final class ViewModelKt {
@NotNull
public static final CoroutineScope getViewModelScope(@NotNull ViewModel $this$viewModelScope) {
Intrinsics.checkNotNullParameter($this$viewModelScope, "$this$viewModelScope");
CoroutineScope scope = (CoroutineScope)$this$viewModelScope.getTag("androidx.lifecycle.ViewModelCoroutineScope.JOB_KEY");
if (scope != null) {
return scope;
} else {
Object var10000 = $this$viewModelScope.setTagIfAbsent("androidx.lifecycle.ViewModelCoroutineScope.JOB_KEY", new CloseableCoroutineScope(SupervisorKt.SupervisorJob$default((Job)null, 1, (Object)null).plus((CoroutineContext)Dispatchers.getMain().getImmediate())));
Intrinsics.checkNotNullExpressionValue(var10000, "setTagIfAbsent(\n …Main.immediate)\n )");
return (CoroutineScope)var10000;
}
}
}
不要滥用
扩展函数、扩展属性虽好但不要滥用，因为会造成一些弊端：
- 扩展函数无法像普通函数那样进行函数引用
- 多个接受者隐式的访问可能会令人困惑
- 当修改引用接受者的时候，不清楚是修改的是扩展接受者还是调度接受者
- 对于经验较少的开发人员来说，看到成员扩展可能是违反直觉，可读性很差
具体的可以参考避免滥用 Kotlin 扩展函数文章的描述。
5. 内联函数
inline 函数在调用它的地方，会把这个函数方法体中的所以代码移动到调用的地方，而不是通过方法间压栈进栈的方式。一定程度上可以代码效率。
比如如下的代码：
class TestInline {
fun test() {
highLevelFunction("Android") {
it.length
}
}
private fun highLevelFunction(input: String, mapper: (String) -> Int): Int {
Log.d("TestInline", "highLevelFunction input:$input")
return mapper(input)
}
}
highLevelFunction 函数没有添加 inline 的话，反编译之后可以看到 test 函数调用 highLevelFunction 的时候传入了 Function1 接口实例。
public final class TestInline {
public final void test() {
this.highLevelFunction("Android", (Function1) ...);
}
private final int highLevelFunction(String input, Function1 mapper) {
Log.d("TestInline", Intrinsics.stringPlus("highLevelFunction input:", input));
return ((Number)mapper.invoke(input)).intValue();
}
}
当添加了 inline 修饰再看下反编译的代码，会发现 highLevelFunction 函数的内容被编译进了 test 函数内。
public final class TestInline {
public final void test() {
String input$iv = "Android";
int $i$f$highLevelFunction = false;
Log.d("TestInline", "highLevelFunction input:" + input$iv);
int var5 = false;
input$iv.length();
}
}
但并非所有的函数都适合 inline 标注，强行标注的话会收到 IDE 的警告：
Expected performance impact of inlining ‘…’ can be insignificant. Inlining works best for functions with lambda parameters.
是否使用 inline 函数，可以简单参考如下：
- 不带参数，或是带有普通参数的函数，不建议使用
inline - 带有
lambda函数参数的函数，建议使用inline
另外，inline 还可以让函数参数里面的 return 生效。因为平常的高阶函数调用传入方法体不允许 return，但如果该高阶函数标注了 inline 就可以直接 return 整个外部函数。
class TestInline {
fun test() {
highLevelFunction("Android") {
it.length
return // 可以 return 整个 test 函数，后续的 Log 不再输出
}
Log.d("TestInline", "tested")
}
private inline fun highLevelFunction(input: String, mapper: (String) -> Int): Int {
...
}
}
反编译之后会发现，由于 return 的存在，后续的 Log 代码压根没参与编译。
6. 闭包
前面提到的 lambda 表达式或匿名函数可以访问其闭包，即便是作用域以外的局部变量，甚至可以进行修改。
比如下面的 stringMapper 的 lambda 参数内可以直接访问和修改外部的 sum 变量。
fun test() {
var sum = 0
stringMapper("Android") {
sum += it.length
...
}
print(sum)
}
反编译后可以看到传入 stringMapper 高阶函数的是 Function1 接口的实现即匿名内部类，匿名内部类拷贝 sum 引用进行数值的修改操作。
public final void test() {
final IntRef sum = new IntRef();
sum.element = 0;
this.stringMapper("Android", (Function1)(new Function1() {
public Object invoke(Object var1) {
return this.invoke((String)var1);
}
public final int invoke(@NotNull String it) {
Intrinsics.checkNotNullParameter(it, "it");
IntRef var10000 = sum;
var10000.element += it.length();
return it.length();
}
}));
int var3 = sum.element;
System.out.print(var3);
}
如果高阶函数同时也是内联函数，那么实现较为直接，即在外部函数内直接操作变量即可。
public final void test() {
int sum = 0;
String input$iv = "Android";
int $i$f$stringMapper = false;
int var7 = false;
int sum = sum + input$iv.length();
input$iv.length();
System.out.print(sum);
}
7. 顶层函数
Kotlin 允许在文件内直接定义函数，这个方法可以被称为顶层函数。
// Test.kt
fun topFunction(string: String) {
println("this is top function for $string")
}
这种函数可以在 Kotlin 中被直接调用，无需指定其实例或类名。
class TestInline {
fun test() {
...
topFunction("Ellison")
}
}
在 Java 中调用该顶层函数的话是和扩展函数一样的形式：
public class TestJava {
static void main(String[] args) {
TestKt.topFunction("Ellison");
}
}
通过反编译会发现，原理跟扩展函数一样，其通过静态函数实现：
public final class TestKt {
...
public static final void topFunction(@NotNull String string) {
Intrinsics.checkNotNullParameter(string, "string");
String var1 = "this is top function for " + string;
System.out.println(var1);
}
}
调用处反编译的实现也可想而知。
public final class TestInline {
public final void test() {
TestKt.topFunction("Ellison");
}
}
留意下和扩展函数的区别：
- 定义的时候无需指定目标类名
- 调用的时候自然无需指定实例
8. 局部函数
除了允许在文件顶层定义函数外，Kotlin 还允许在现有函数内定义嵌套函数，称为局部函数。
而且该函数还可以访问闭包。
fun magic(): Int {
val v1 = (0..100).random()
fun foo(): Int {
return v1 * v1
}
return foo()
}
通过反编译发现和闭包是一样的实现：
public final int magic() {
byte var2 = 0;
IntRange var3 = new IntRange(var2, 100);
final int v1 = RangesKt.random(var3, (Random)Random.Default);
<undefinedtype> $fun$foo$1 = new Function0() {
public Object invoke() {
return this.invoke();
}
public final int invoke() {
return v1 * v1;
}
};
return $fun$foo$1.invoke();
}
当然如果没有访问闭包的话。
fun magic(): Int {
val v1 = (0..100).random()
fun foo(v: Int): Int {
return v * v
}
return foo(v1)
}
实现稍稍区别：
public final int magic() {
byte var2 = 0;
IntRange var3 = new IntRange(var2, 100);
int v1 = RangesKt.random(var3, (Random)Random.Default);
<undefinedtype> $fun$foo$1 = null.INSTANCE;
return $fun$foo$1.invoke(v1);
}
9. 运算符重载函数
Kotlin 允许使用 operator 关键字对已有函数进行重载，达到扩展函数参数、改写函数逻辑等目的。
比如如下给 Int 类型的 minus 方法扩展了支持 Person 参数的重载函数，这样的话数字即可与 Person 类型直接进行 - 号运算。
data class Person(var name: String, var age: Int)
operator fun Int.minus(p: Person) = this - p.age
fun testOperator() {
val person1 = Person("A", 3)
println("testInt+person1=${
5 - person1}")
}
如果不添加 operator 运算符的话，上述 5 - person1 的写法会无法通过编译，因为 - 运算符不识别 Person 类型。因为这种写法就变成了向 Int 类添加了接收 Person 参数的 minus 方法而已，使用的话就得要改成对象调用函数的形式：
...
fun Int.minus(p: Person) = this - p.age
fun testOperator() {
val person1 = Person("A", 3)
println("testInt+person1=${
5.minus(person1)}")
}
除此之外还可以重载 get()、compareTo() 等函数，在这里还想额外谈下运算符重载函数在解构声明方面的用处。
解构声明
Kotlin 有时会把一个对象解构成很多变量，使用起来会很方便：
fun testDeco() {
val (msg, code) = Result("good", 1)
println("msg:${
msg} code:${
code}")
}
inner class Result(
private val msg: String,
private val code: Int
) {
operator fun component1() = msg
operator fun component2() = code
}
componentN() 函数是 Kotlin 中约定的获取解构声明变量的对应运算符，这里面需要使用 operator 进行描述以重载。
解构声明的变量如果不需要使用的话，可以用 _ 来代替，比如：
val (_, status) = getResult()
解构声明在 Kotlin 中使用非常普遍，比如遍历一个映射（map）最好的方式：
for ((key, value) in map) {
...
}
operator 原理
反编译解构声明的示例代码，可以看到事实上定义了多个变量，每个变量按照顺序调用目标类中实现的 componentN() 函数进行赋值。
public final void testDeco() {
Test.Result var3 = new Test.Result("good", 1);
Object msg = var3.component1();
int code = var3.component2();
String var4 = "msg:" + msg + " code:" + code;
System.out.println(var4);
}
public final class Result {
private final String msg;
private final int code;
@NotNull
public final Object component1() {
return this.msg;
}
public final int component2() {
return this.code;
}
...
}
结语
函数在 Kotlin 语法中极为重要，了解其特点和原理对于灵活编程非常必要，再次回顾下各函数的异同及原理。
| 函数 | 特点 | 原理 |
|---|---|---|
| lambda 表达式 | 花括号内的函数体，更加简洁、便捷 | 通过 Kotlin 中预设的 Function1 接口实现 |
| 匿名函数 | 定义没有名称的函数引用，供高阶函数使用 | 同上 |
| 高阶函数 | 接收函数参数或返回函数引用 | 接收或返回 Function1 接口实例 |
| 扩展函数 | 给目标类添加函数或属性 | 生成 XXXKt 类添加静态函数，参数包括目标实例和其他参数 |
| 内联函数 | 节省匿名函数的内存消耗、提高效率 + return 整个函数 | 编译期将内敛函数代码移动到调用的地方 |
| 闭包 | lambda 表达式或匿名函数可以直接访问和修改外部函数变量 | 以匿名内部类形式拷贝外部的对象引用进行修改 |
| 顶层函数 | 无需声明类直接在文件内定义函数，使用时直接调用函数 | 类似扩展函数的静态函数方式 |
| 局部函数 | 在函数内声明函数并可以访问闭包 | 和闭包类似的实现或 lambda 表达式，取决于是否使用闭包 |
| 运算符重载函数 | 扩展运算符改写参数或逻辑 | 实现运算符替代逻辑，以函数的形式调用 |
| 解构声明 | 用变量组合的形式进行定义方便直接使用 | 用运算符重载函数实现 componentN 运算符返回目标实例 |