Kotlin 知识梳理(9) - 委托属性

Kotlin 知识梳理系列文章

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Kotlin 知识梳理(2) - 函数的定义与调用
Kotlin 知识梳理(3) - 类、对象和接口
Kotlin 知识梳理(4) - 数据类、类委托 及 object 关键字
Kotlin 知识梳理(5) - lambda 表达式和成员引用
Kotlin 知识梳理(6) - Kotlin 的可空性
Kotlin 知识梳理(7) - Kotlin 的类型系统
Kotlin 知识梳理(8) - 运算符重载及其他约定
Kotlin 知识梳理(9) - 委托属性
Kotlin 知识梳理(10) - 高阶函数：Lambda 作为形参或返回值
Kotlin 知识梳理(11) - 内联函数
Kotlin 知识梳理(12) - 泛型类型参数

一、本文概要

本文是对<<Kotlin in Action>>的学习笔记，如果需要运行相应的代码可以访问在线环境 try.kotlinlang.org，这部分的思维导图为：

二、委托属性的基本操作

2.1 委托属性的基本语法

class Foo {
    var p : Type by Delegate()
}

类型为Type的属性p将它的访问器逻辑委托给了另一个Delegate实例，通过关键字by对其后的 表达式求值 来获取这个对象，关键字by可以用于任何 符合属性委托约定规则的对象。

按照约定，Delegate类必须具有getValue和setValue方法，它们可以是成员函数，也可以是扩展函数，Delegate的简单实现如下：

class Delegate {
    operator fun getValue(...) { ... }
    operator fun setValue(..., value : Type) { ... }
}

使用方法如下：

val foo = Foo()
val oldValue = foo.p
foo.p = newValue

当我们将foo.p作为普通属性使用时，实际上将调用Delegate类型的辅助属性的方法。为了研究这种机制如何在实践中使用，我们首先看一个委托属性展示威力的例子：库对惰性初始化的支持。

2.2 使用委托属性：惰性初始化和 "by lazy()"

惰性初始化是一种常见的模式，直到 在第一次访问该属性 的时候，才根据需要创建对象的一部分。

2.2.1 使用支持属性来实现惰性初始化

使用这种技术来实现惰性初始化时，需要两个值，一个是对内部可见的可空_emails变量，另一个是提供对属性的读取访问的email变量，它是非空的，在email的get()函数中首先判断_emails变量是否为空，如果为空那么就先初始化它，否则直接返回。

2.2.2 使用委托属性来实现惰性初始化

class Person(val name : String) {
    val emails by lazy { loadEmails(this) }
}

这里可以使用标准库函数lazy返回的委托，lazy函数返回一个对象，该对象具有一个名为getValue且签名正确的方法，因此可以把它与by关键字一起使用来创建一个委托属性。lazy的参数是一个lambda，可以调用它来初始化这个值，默认情况下，lazy函数是线程安全的。

2.3 实现委托属性

2.3.1 常规实现方式

要了解委托属性的实现方式，让我们来看另一个例子：当一个对象的属性更改时通知监听器。Java具有用于此类通知的标准机制：PropertyChangeSupport和PropertyChangeEvent。PropertyChangeSupport类维护了一个监听器列表，并向它们发送PropertyChangeEvent事件，要使用它，你通常需要把PropertyChangeSupport的一个实例存储为bean类的一个字段，并将属性更改的处理委托给它。

为了避免在每个类中去添加这个字段，你需要创建一个小的工具类，用来存储PropertyChangeSupport的实例并监听属性更改，之后，你的类会继承这个工具类，以访问changeSupport。

open class ValueChangeAware {   
    protected val changeSupport = PropertyChangeSupport(this)
    //添加监听者。
    fun addListener(listener : PropertyChangeListener) {
        changeSupport.addPropertyChangeListener(listener)
    }
    //移除监听者。
    fun removeListener(listener : PropertyChangeListener) {
        changeSupport.removePropertyChangeListener(listener)
    }
}

//辅助类，如果通过该辅助类改变了属性，那么将会通知监听者。
class ObservableValue (
    val valueName : String, var valueValue : Int, 
    val changeSupport : PropertyChangeSupport
) {
    fun getValue() : Int = valueValue
    fun setValue(newValue : Int) {
        val oldValue = valueValue
        valueValue = newValue
        //通知监听者。
        changeSupport.firePropertyChange(valueName, oldValue, newValue)
    }
}

class Person(val name : String, age : Int) : ValueChangeAware() {
    // _age 为辅助类的一个实例。
    val _age = ObservableValue("age", age, changeSupport)
    //通过辅助类进行读写操作。
    var age : Int
        get() = _age.getValue()
        set(value) { _age.setValue(value) }
}

下面是实际应用的代码：

fun main(args: Array<String>) {
    val person = Person("zemao", 20)
    person.addListener(
        //监听者打印出改变的属性名、原属性值和新的属性值。
        PropertyChangeListener { event ->                              
            println("${event.propertyName} " + 
                    "changed from ${event.oldValue} to ${event.newValue}" )
        }
    )
    person.age = 18
}

运行结果为：

>> age changed from 20 to 18

2.3.2 使用 ObservableValue 作为属性委托

在上面的代码中，如果Person类中包含了多个与age类似的属性，那么就需要创建多个_age的实例，并把getter和setter委托给它，Kotlin的委托属性可以让你摆脱这些样板代码，首先，我们需要重写ObservableValue代码，让它符合属性委托的约定。

class ObservableValue (
    var valueValue : Int, 
    val changeSupport : PropertyChangeSupport
) {
    //按照约定的需要，用 operator 来标记，并添加了 KProperty。
    operator fun getValue(p : Person, prop : KProperty<*>) : Int = valueValue
    operator fun setValue(p : Person, prop : KProperty<*>, newValue : Int) {
        val oldValue = valueValue
        valueValue = newValue
        //通知监听者。
        changeSupport.firePropertyChange(prop.name, oldValue, newValue)
    }
}

和2.3.1相比，我们做了以下几点修改：

  • 按照约定的需要，getValue和setValue函数被标记了operator。
  • 这些函数加了两个参数：一个用于接收属性的实例，用来设置和读取属性，另一个用于表示属性本身，这个属性类型为KProperty，你可以使用KProperty.name的方式来访问该属性的名称。

下面，我们再修改Person类，将age属性委托给ObservableValue类：

class Person(val name : String, age : Int) : ValueChangeAware() {
    var age : Int by ObservableValue(age, changeSupport)
}

运行结果和2.3.1相同。

2.3.3 使用 Delegates.observable 来实现属性修改的通知

在Kotlin标准库中，已经包含了类似于ObservableValue的类，因此我们不用手动去实现可观察的属性逻辑，下面我们重写Person类：

class Person(
    val name: String, age: Int
) : ValueChangeAware() {

    private val observer = {
        prop: KProperty<*>, oldValue: Int, newValue: Int ->
        changeSupport.firePropertyChange(prop.name, oldValue, newValue)
    }

    var age: Int by Delegates.observable(age, observer)
   
}

运行结果和以上两小结相同。

2.4 委托属性的变换规则

让我们来总结一下委托属性是怎么工作的，假设你已经有了一个具有委托属性的类：

class Foo {
    var p : Type by Delegate()
}

Delegate实例将会被保存到一个隐藏的属性中，它被称为<delegate>，编译器也将用一个KProperty类型的对象来表示这个属性，它被称为<property>，编译器生成的的代码如下：

class Foo {
    private val <delegate> = Delegate()

    var prop : Type {
        get() = <delegate>.getValue(this, <property>)
        set(value : Type) = <delegate>.setValue(this, <property>, value)
    }
}

因此，在每个属性访问器中，编译器都会生成对应的getValue和setValue方法。

2.5 在 map 中保存属性的值

委托属性发挥作用的另一种常见用法是 用在动态定义的属性集的对象中，这样的对象有时被称为 自订对象。例如考虑一个联系人管理系统，可以用来存储有关联系人的任意信息，系统中的每个人都有一些属性需要特殊处理（例如名字），以及每个人特有的数量任意的额外属性（例如，最小的孩子的生日）。

实现这种系统的一种方法是将人的所有属性存储在map中，不确定提供属性，来访问需要特殊处理的信息。

class Person {
    private val _attributes = hashMapOf<String, String>()

    fun setAttribute(attrName: String, value: String) {
        _attributes[attrName] = value
    }
    //把 map 作为委托属性。
    val name: String by _attributes
}

使用方式：

fun main(args: Array<String>) {
    val p = Person()
    val data = mapOf("name" to "Dmitry", "company" to "JetBrains")
    for ((attrName, value) in data)
       p.setAttribute(attrName, value)
    println(p.name)
}

因为标准库已经在标准map和MutableMap接口上定义了getValue和setValue扩展函数，所以可以在这里直接调用。

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