Java 语法糖详解

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。

有意思的是,在编程领域,除了语法糖,还有语法盐和语法糖精的说法,篇幅有限这里不做扩展了。

我们所熟知的编程语言中几乎都有语法糖。作者认为,语法糖的多少是评判一个语言够不够牛逼的标准之一。

很多人说 Java 是一个 “低糖语言”,其实从 Java 7 开始 Java 语言层面上一直在添加各种糖,主要是在 “Project Coin” 项目下研发。尽管现在 Java 有人还是认为现在的 Java 是低糖,未来还会持续向着 “高糖” 的方向发展。

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;            case "world":                System.out.println("world");                break;            default:                break;            }        }    }

反编译(http://www.hollischuang.com/archives/58) 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;            case 113318802:                if(s.equals("world"))                    System.out.println("world");                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");      map.put("wechat", "Hollis");      map.put("blog", "www.hollischuang.com");

解语法糖之后会变成:

Map map = new HashMap();      map.put("name", "hollis");      map.put("wechat", "Hollis");      map.put("blog", "www.hollischuang.com");

以下代码:

public static <A extends Comparable<A>> A max(Collection<A> xs) {        Iterator<A> xi = xs.iterator();        A w = xi.next();        while (xi.hasNext()) {            A x = xi.next();            if (w.compareTo(x) < 0)                w = x;        }        return w;    }

类型擦除后会变成:

public static Comparable max(Collection xs){        Iterator xi = xs.iterator();        Comparable w = (Comparable)xi.next();        while(xi.hasNext())        {            Comparable x = (Comparable)xi.next();            if(w.compareTo(x) < 0)                w = x;        }        return w;    }

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<Integer>.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。因为这里的装箱和拆箱是自动进行的非人为转换,所以就称作为自动装箱和拆箱。

原始类型 byte、short、char、int、long、float、double 和 boolean 对应的封装类为 Byte、Short、Character、Integer、Long、Float、Double、Boolean。

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);    }

再来看个自动拆箱的代码:

public static void main(String[] args) {        Integer i = 10;        int n = i;    }

反编译后代码如下:

public static void main(String args[])    {        Integer i = Integer.valueOf(10);        int n = i.intValue();    }

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", "QQ:907607222");        }    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\uFF1Awww.hollischuang.com", "QQ\uFF1A907607222"        });    }    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。

反编译后的 print 方法声明中有一个 transient 标识,是不是很奇怪?transient 不是不可以修饰方法吗?transient 不是和序列化有关么?transient 在这里的作用是什么?因为这个与本文关系不大,这里不做深入分析了。

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的,反编译后代码内容如下:

public final class T extends Enum    {        private T(String s, int i)        {            super(s, i);        }        public static T[] values()        {            T at[];            int i;            T at1[];            System.arraycopy(at = ENUM$VALUES, 0, at1 = new T[i = at.length], 0, i);            return at1;        }        public static T valueOf(String s)        {            return (T)Enum.valueOf(demo/T, s);        }        public static final T SPRING;        public static final T SUMMER;        private static final T ENUM$VALUES[];        static        {            SPRING = new T("SPRING", 0);            SUMMER = new T("SUMMER", 1);            ENUM$VALUES = (new T[] {                SPRING, SUMMER            });        }    }

通过反编译后代码我们可以看到,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。

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。

public class OutterClass {        private String userName;        public String getUserName() {            return userName;        }        public void setUserName(String userName) {            this.userName = userName;        }        public static void main(String[] args) {        }        class InnerClass{            private String name;            public String getName() {                return name;            }            public void setName(String name) {                this.name = name;            }        }    }

以上代码编译后会生成两个 class 文件:OutterClass$InnerClass.class 、OutterClass.class 。

当我们尝试对OutterClass.class文件进行反编译的时候,命令行会打印以下内容:Parsing OutterClass.class...Parsing inner class OutterClass$InnerClass.class... Generating OutterClass.jad 。

它会把两个文件全部进行反编译,然后一起生成一个OutterClass.jad文件。文件内容如下:

public class OutterClass    {        class InnerClass        {            public String getName()            {                return name;            }            public void setName(String name)            {                this.name = name;            }            private String name;            final OutterClass this$0;            InnerClass()            {                this.this$0 = OutterClass.this;                super();            }        }        public OutterClass()        {        }        public String getUserName()        {            return userName;        }        public void setUserName(String userName){            this.userName = userName;        }        public static void main(String args1[])        {        }        private String userName;    }
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作者:GitChat技术杂谈
来源:CSDN
原文:https://blog.csdn.net/GitChat/article/details/79294904
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时间: 01-01

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