Java基础-语法糖
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语法糖(上)

什么是Java的语法糖,列举你个知道的语法糖。如何解语法糖?

解:

语法糖

语法糖(Syntactic Sugar),也称糖衣语法,是由英国计算机学家 Peter.J.Landin 发明的一个术语,指在计算机语言中添加的某种语法,这种语法对语言的功能并没有影响,但是更方便程序员使用。简而言之,语法糖让程序更加简洁,有更高的可读性。

解语法糖

前面提到过,语法糖的存在主要是方便开发人员使用。但其实,Java虚拟机并不支持这些语法糖,这些语法糖在编译阶段就会被还原成简单的基础语法结构,这个过程就是解语法糖。

说到编译,大家肯定都知道,Java语言中,javac命令可以将后缀名为.java的源文件编译为后缀名为.class的可以运行于Java虚拟机的字节码。如果你去看com.sun.tools.javac.main.JavaCompiler的源码,你会发现在compile()中有一个步骤就是调用desugar(),这个方法就是负责解语法糖的实现的。

Java 中最常用的语法糖主要有泛型变长参数条件编译、自动拆装箱、内部类等。本文主要来分析下这些语法糖背后的原理,一步一步剥去糖衣,看看其本质。

糖块一、 switch 支持 String 与枚举

前面提到过,从Java 7 开始,Java语言中的语法糖在逐渐丰富,其中一个比较重要的就是Java 7中switch开始支持String。

在开始coding之前先科普下,Java中的swith自身原本就支持基本类型。比如int、char等。对于int类型,直接进行数值的比较。对于char类型则是比较其ascii码。所以,对于编译器来说,switch中其实只能使用整型,任何类型的比较都要转换成整型。比如byte、short、char(ackii码是整型)以及int。

那么接下来看下switch对String得支持,有以下代码:

public class switchDemoString {
    public static void main(String[] args) {
        String str = "world";
        switch (str) {
        case "hello":
            System.out.println("hello");
            break;
        default:
            break;
        }
    }
}

反编译后内容如下:

public class switchDemoString
{
    public switchDemoString(){}
    public static void main(String args[])
    {
        String str = "world";
        String s;
        switch((s = str).hashCode())
        {
        default:
            break;
        case 99162322:
            if(s.equals("hello"))
                System.out.println("hello");
            break;
        }
    }
}

看到这个代码,你知道原来字符串的switch是通过equals()和hashCode()方法来实现的。还好hashCode()方法返回的是int,而不是long。

仔细看下可以发现,进行switch的实际是哈希值,然后通过使用equals方法比较进行安全检查,这个检查是必要的,因为哈希可能会发生碰撞。因此它的性能是不如使用枚举进行switch或者使用纯整数常量,但这也不是很差。

糖块二、 泛型

我们都知道,很多语言都是支持泛型的,但是很多人不知道的是,不同的编译器对于泛型的处理方式是不同的,通常情况下,一个编译器处理泛型有两种方式:Code specialization和Code sharing。C++和C#是使用Code specialization的处理机制,而Java使用的是Code sharing的机制。

Code sharing方式为每个泛型类型创建唯一的字节码表示,并且将该泛型类型的实例都映射到这个唯一的字节码表示上。将多种泛型类形实例映射到唯一的字节码表示是通过类型擦除(type erasue)实现的。

也就是说,对于Java虚拟机来说,他根本不认识Map<String, String> map这样的语法。需要在编译阶段通过类型擦除的方式进行解语法糖。

类型擦除的主要过程如下:

将所有的泛型参数用其最左边界(最顶级的父类型)类型替换。

移除所有的类型参数。

以下代码:

Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();  

map.put("name", "hollis");  

解语法糖之后会变成:

Map map = new HashMap();  

map.put("name", "hollis");  

虚拟机中没有泛型,只有普通类和普通方法,所有泛型类的类型参数在编译时都会被擦除,泛型类并没有自己独有的Class类对象。比如并不存在List<String>.class或是List.class,而只有List.class

糖块三、 自动装箱与拆箱

自动装箱就是Java自动将原始类型值转换成对应的对象,比如将int的变量转换成Integer对象,这个过程叫做装箱,反之将Integer对象转换成int类型值,这个过程叫做拆箱。

先来看个自动装箱的代码:

 public static void main(String[] args) {

    int i = 10;

    Integer n = i;

}

反编译后代码如下:

public static void main(String args[])
{

    int i = 10;

    Integer n = Integer.valueOf(i);

}

从反编译得到内容可以看出,在装箱的时候自动调用的是Integer的valueOf(int)方法。而在拆箱的时候自动调用的是Integer的intValue方法。

所以,装箱过程是通过调用包装器的valueOf方法实现的,而拆箱过程是通过调用包装器的 xxxValue方法实现的。

糖块四 、 方法变长参数

可变参数(variable arguments)是在Java 1.5中引入的一个特性,它允许一个方法把任意数量的值作为参数。

看下以下可变参数代码,其中print方法接收可变参数:

public static void main(String[] args)
    {
        print("Holis", "公众号:Hollis", "博客:[www.hollischuang.com](http://www.hollischuang.com/)");

    }

public static void print(String... strs)
{
    for (int i = 0; i < strs.length; i++)
    {

        System.out.println(strs[i]);

    }

}

反编译后代码:

public static void main(String args[])
{
    print(new String[] {

        "Holis", "\u516C\u4F17\u53F7:Hollis", "\u535A\u5BA2\uFF1A[www.hollischuang.com](http://www.hollischuang.com/)" });

}

public static transient void print(String strs[])
{

    for(int i = 0; i < strs.length; i++)

        System.out.println(strs[i]);

}

从反编译后代码可以看出,可变参数在被使用的时候,他首先会创建一个数组,数组的长度就是调用该方法是传递的实参的个数,然后再把参数值全部放到这个数组当中,然后再把这个数组作为参数传递到被调用的方法中。

糖块五 、 枚举

Java SE5提供了一种新的类型-Java的枚举类型,关键字enum可以将一组具名的值的有限集合创建为一种新的类型,而这些具名的值可以作为常规的程序组件使用,这是一种非常有用的功能。

要想看源码,首先得有一个类吧,那么枚举类型到底是什么类呢?是enum吗?答案很明显不是,enum就和class一样,只是一个关键字,他并不是一个类,那么枚举是由什么类维护的呢,我们简单的写一个枚举:

public enum t {

    SPRING,SUMMER;

}

然后我们使用反编译,看看这段代码到底是怎么实现。

通过反编译后代码我们可以看到(内容太多不贴了,读者自行反编译了解下),public final class T extends Enum,说明,该类是继承了Enum类的,同时final关键字告诉我们,这个类也是不能被继承的。当我们使用enmu来定义一个枚举类型的时候,编译器会自动帮我们创建一个final类型的类继承Enum类,所以枚举类型不能被继承。

语法糖(下)

糖块六 、 内部类

内部类又称为嵌套类,可以把内部类理解为外部类的一个普通成员。

内部类之所以也是语法糖,是因为它仅仅是一个编译时的概念,outer.java里面定义了一个内部类inner,一旦编译成功,就会生成两个完全不同的.class文件了,分别是outer.class和outer$inner.class。所以内部类的名字完全可以和它的外部类名字相同。

糖块七 、条件编译

—般情况下,程序中的每一行代码都要参加编译。但有时候出于对程序代码优化的考虑,希望只对其中一部分内容进行编译,此时就需要在程序中加上条件,让编译器只对满足条件的代码进行编译,将不满足条件的代码舍弃,这就是条件编译。

如在C或CPP中,可以通过预处理语句来实现条件编译。其实在Java中也可实现条件编译。我们先来看一段代码:

public class ConditionalCompilation {

    public static void main(String[] args) {

        final boolean DEBUG = true;

        if(DEBUG) {

            System.out.println("Hello, DEBUG!");

        }

        final boolean ONLINE = false;

        if(ONLINE){

            System.out.println("Hello, ONLINE!");

        }

    }

}

反编译后代码如下:

public class ConditionalCompilation
{

    public static void main(String args[])
    {

        boolean DEBUG = true;

        System.out.println("Hello, DEBUG!");

        boolean ONLINE = false;

    }

}

首先,我们发现,在反编译后的代码中没有System.out.println("Hello, ONLINE!");,这其实就是条件编译。当if(ONLINE)为false的时候,编译器就没有对其内的代码进行编译。

所以,Java语法的条件编译,是通过判断条件为常量的if语句实现的。其原理也是Java语言的语法糖。根据if判断条件的真假,编译器直接把分支为false的代码块消除。通过该方式实现的条件编译,必须在方法体内实现,而无法在正整个Java类的结构或者类的属性上进行条件编译,这与C/C++的条件编译相比,确实更有局限性。在Java语言设计之初并没有引入条件编译的功能,虽有局限,但是总比没有更强。

糖块八 、 断言

在Java中,assert关键字是从 Java SE 1.4 引入的,为了避免和老版本的Java代码中使用了assert关键字导致错误,Java在执行的时候默认是不启动断言检查的(这个时候,所有的断言语句都将忽略!),如果要开启断言检查,则需要用开关-enableassertions或-ea来开启。

看一段包含断言的代码:

public class AssertTest {

    public static void main(String args[]) {

        int a = 1;

        int b = 1;

        assert a == b;

        System.out.println("公众号:Hollis");

        assert a != b : "Hollis";

        System.out.println("博客:[www.hollischuang.com](http://www.hollischuang.com/)");

    }

}

反编译后代码太多,不贴了,但是很明显,反编译之后的代码要比我们自己的代码复杂的多。所以,使用了assert这个语法糖我们节省了很多代码。其实断言的底层实现就是if语言,如果断言结果为true,则什么都不做,程序继续执行,如果断言结果为false,则程序抛出AssertError来打断程序的执行。-enableassertions会设置$assertionsDisabled字段的值。

糖块九 、 数值字面量

在Java 7中,数值字面量,不管是整数还是浮点数,都允许在数字之间插入任意多个下划线。这些下划线不会对字面量的数值产生影响,目的就是方便阅读。

比如:

public class Test {

    public static void main(String... args) {

        int i = 10_000;

        System.out.println(i);

    }

}

反编译后:

public class Test
{

  public static void main(String[] args)

  {

    int i = 10000;

    System.out.println(i);

  }

}

反编译后就是把_删除了。也就是说 编译器并不认识在数字字面量中的_,需要在编译阶段把他去掉。

糖块十 、 for-each

增强for循环(for-each)相信大家都不陌生,日常开发经常会用到的,他会比for循环要少写很多代码,那么这个语法糖背后是如何实现的呢?

public static void main(String... args) {

    String[] strs = {"Hollis", "公众号:Hollis", "博客:[www.hollischuang.com](http://www.hollischuang.com/)"};

    for (String s : strs) {

        System.out.println(s);

    }

}

反编译后代码如下:

public static transient void main(String args[])
{

    String strs[] = {

        "Hollis", "\u516C\u4F17\u53F7\uFF1AHollis", "\u535A\u5BA2\uFF1A[www.hollischuang.com](http://www.hollischuang.com/)"

    };

    String args1[] = strs;

    int i = args1.length;

    for(int j = 0; j < i; j++)

    {

        String s = args1[j];

        System.out.println(s);

    }

}

代码很简单,for-each的实现原理其实就是使用了普通的for循环和迭代器。

糖块十一 、 try-with-resource

Java里,对于文件操作IO流、数据库连接等开销非常昂贵的资源,用完之后必须及时通过close方法将其关闭,否则资源会一直处于打开状态,可能会导致内存泄露等问题。

关闭资源的常用方式就是在finally块里是释放,即调用close方法。比如,我们经常会写这样的代码:

public static void main(String[] args) {

    BufferedReader br = null;

    try {

        String line;

        br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\hollischuang.xml"));

        while ((line = br.readLine()) != null) {

            System.out.println(line);

        }

    } catch (IOException e) {

        // handle exception

    } finally {

        try {

            if (br != null) {

                br.close();

            }

        } catch (IOException ex) {

            // handle exception

        }

    }

}

从Java 7开始,jdk提供了一种更好的方式关闭资源,使用try-with-resources语句,改写一下上面的代码,效果如下:

public static void main(String... args) {

    try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\ hollischuang.xml"))) {

        String line;

        while ((line = br.readLine()) != null) {

            System.out.println(line);

        }

    } catch (IOException e) {

        // handle exception

    }

}

看,这简直是一大福音啊,虽然我之前一般使用IOUtils去关闭流,并不会使用在finally中写很多代码的方式,但是这种新的语法糖看上去好像优雅很多呢。看下他的背后:

public static transient void main(String args[])
​    {

​        BufferedReader br;

​        Throwable throwable;

​        br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\ hollischuang.xml"));

​        throwable = null;

​        String line;

​        try{
​            while((line = br.readLine()) != null)
​                System.out.println(line);
​        }catch(Throwable throwable2)
​        {
​            throwable = throwable2;
​            throw throwable2;
        }

​        if(br != null)

​            if(throwable != null)

​                try {
​                    br.close();
​                }catch(Throwable throwable1){
​                    throwable.addSuppressed(throwable1);
​                }
​           else
​                br.close();
​            break MISSING_BLOCK_LABEL_113;

​            Exception exception;

​            exception;

​            if(br != null)

​                if(throwable != null)

​                    try {

​                        br.close();

​                    }catch(Throwable throwable3) {

​                        throwable.addSuppressed(throwable3);

​                    }

​                else

​                    br.close();

​        throw exception;

​        IOException ioexception;

​        ioexception;

​    }

}

其实背后的原理也很简单,那些我们没有做的关闭资源的操作,编译器都帮我们做了。所以,再次印证了,语法糖的作用就是方便程序员的使用,但最终还是要转成编译器认识的语言。

总结

前面介绍了12种Java中常用的语法糖。所谓语法糖就是提供给开发人员便于开发的一种语法而已。但是这种语法只有开发人员认识。要想被执行,需要进行解糖,即转成JVM认识的语法。当我们把语法糖解糖之后,你就会发现其实我们日常使用的这些方便的语法,其实都是一些其他更简单的语法构成的。

有了这些语法糖,我们在日常开发的时候可以大大提升效率,但是同时也要避免过渡使用。使用之前最好了解下原理,避免掉坑。

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