Kotlin编码窍门之区间(Ranges)

区间表达式由rangeTo函数和..操作符辅以in!in构成。可以为任意可比较的类型定义区间,但是对于整形这种原生类型,区间的实现已经被优化了。如下是一个使用区间的例子:

if (i in 1..10) { // equivalent of 1 <= i && i <= 10
    println(i)
}

整形区间(IntRange, LongRange, CharRange)有一个额外特性:它们可以被迭代。编译器负责将其转换为类似Java的基于索引的for循环而无额外开销。

for (i in 1..4) print(i) // prints "1234"

for (i in 4..1) print(i) // prints nothing

如果你想倒序迭代数字呢?也肯简单,可以使用标准库中定义的downTo()函数:

for (i in 4 downTo 1) print(i) // prints "4321"

能否以不为1的任意步长迭代数字?当然可以,step()函数可以实现该功能:

for (i in 1..4 step 2) print(i) // prints "13"

for (i in 4 downTo 1 step 2) print(i) // prints "42"

如果要创建一个不包含结束元素的区间,则可以使用until函数:

for (i in 1 until 10) { // i in [1, 10), 10 is excluded
     println(i)
}

它如何工作(How it works)

区间实现了库中的一个公共接口:ClosedRange<T>

这个ClosedRange<T>是为可比较类型定义的,在数学意义上表示一个闭区间。它有两个端点startendInclusive,并且这两个端点都被区间包含。区间的主要操作是contains,通常使用in!in的形式。

整形数列(IntProgression, LongProgression, CharProgression)表示一个等差数列。数列由首元素first、末尾元素last和非0的公差step确定。末尾元素last总会被迭代命中,除非该数列是空的。

数列是Iterable<N>的子类型,其中N可以是IntLongChar,因此数列可以被用于for循环和像mapfilter等函数中。数列的迭代相当于Java/JavaScript中的基于索引的for循环:

for (int i = first; i != last; i += step) {
  // ...
}

对于整数类型,..操作符创建了一个同时实现ClosedRange<T>*Progression的对象。例如,IntRange实现了ClosedRange<Int>接口,且继承自IntProgression,因此IntRange可以使用所有定义在IntProgression中的操作。downTo()step()函数的结果总是一个*Progression

数列由在其伴生对象中定义的fromClosedRange函数构造:

IntProgression.fromClosedRange(start, end, step)

数列的last元素的计算方法是:若step是正数,则计算不大于end值的最大值;若step是负数,则计算不小于end值的最小值;且最大值和最小值需要满足:(last - first) % step == 0

使用函数(Utility functions)

rangeTo()

整形类型的rangeTo()操作符只是调用*Range类的构造器,如:

class Int {
    //...
    operator fun rangeTo(other: Long): LongRange = LongRange(this, other)
    //...
    operator fun rangeTo(other: Int): IntRange = IntRange(this, other)
    //...
}

浮点数(Double,Float)没有定义rangeTo操作符,但是由标准库提供了一个支持泛型的Comparable来代替:

public operator fun <T: Comparable<T>> T.rangeTo(that: T): ClosedRange<T>

由此函数返回的区间不能用于迭代。

downTo()

扩展函数downTo()是为整数类型定义的,这有两个例子:

fun Long.downTo(other: Int): LongProgression {
    return LongProgression.fromClosedRange(this, other.toLong(), -1L)
}

fun Byte.downTo(other: Int): IntProgression {
    return IntProgression.fromClosedRange(this.toInt(), other, -1)
}

reversed()

扩展函数reversed()是为每一个*Progression定义的,用于返回一个倒序序列:

fun IntProgression.reversed(): IntProgression {
    return IntProgression.fromClosedRange(last, first, -step)
}

step()

扩展函数step()是为每一个*Progression定义的,返回的数列的步进值(该函数的参数)已经被修改。步进值要求总是正的,因此该函数不会改变迭代的方向:

fun IntProgression.step(step: Int): IntProgression {
    if (step <= 0) throw IllegalArgumentException("Step must be positive, was: $step")
    return IntProgression.fromClosedRange(first, last, if (this.step > 0) step else -step)
}

fun CharProgression.step(step: Int): CharProgression {
    if (step <= 0) throw IllegalArgumentException("Step must be positive, was: $step")
    return CharProgression.fromClosedRange(first, last, if (this.step > 0) step else -step)
}

注意:为了保证(last - first) % step == 0的成立,该函数返回的数列的末尾值可能与原数列的末尾值不同,例子如下:

(1..12 step 2).last == 11  // progression with values [1, 3, 5, 7, 9, 11]
(1..12 step 3).last == 10  // progression with values [1, 4, 7, 10]
(1..12 step 4).last == 9   // progression with values [1, 5, 9]
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