kotlin入门（七）空指针检查（关于判空的操作）

我之前看过某国外机构做的一个统计，Android系统上崩溃率最高的异常类型就是空指针异常（NullPointerException）。相信不只是Android，其他系统上也面临着相同的问题。若要分析其根本原因的话，我觉得主要是因为空指针是一种不受编程语言检查的运行时异常，只能由程序员主动通过逻辑判断来避免，但即使是最出色的程序员，也不可能将所有潜在的空指针异常全部考虑到。
我们来看一段非常简单的Java代码：
//java写法
public void doStudy(Study study) {
    study.readBooks();
    study.doHomework();
这是我们在kotlin入门（五）编写过的一个doStudy()方法，我将它翻译成了Java版。这段代码没有任何复杂的逻辑，只是接收了一个Study参数，并且调用了参数的readBooks()和doHomework()方法。
这段代码安全吗？不一定，因为这要取决于调用方传入的参数是什么，如果我们向doStudy()方法传入了一个null参数，那么毫无疑问这里就会发生空指针异常。因此，更加稳妥的做法是在调用参数的方法之前先进行一个判空处理，如下所示：
//java写法
public void doStudy(Study study) {
    if (study != null) {
        study.readBooks();
        study.doHomework();
这样就能保证不管传入的参数是什么，这段代码始终都是安全的。
由此可以看出，即使是如此简单的一小段代码，都有产生空指针异常的潜在风险，那么在一个大型项目中，想要完全规避空指针异常几乎是不可能的事情，这也是它高居各类崩溃排行榜首位的原因。
然而，Kotlin却非常科学地解决了这个问题，它利用编译时判空检查的机制几乎杜绝了空指针异常。虽然编译时判空检查的机制有时候会导致代码变得比较难写，但是不用担心，Kotlin提供了一系列的辅助工具，让我们能轻松地处理各种判空情况。下面我们就逐步开始学习吧。
1 可空类型系统
还是回到刚才的doStudy()函数，现在将这个函数再翻译回Kotlin版本，代码如下所示：
fun doStudy(study: Study) {
    study.readBooks()
    study.doHomework()
这段代码看上去和刚才的Java版本并没有什么区别，但实际上它是没有空指针风险的，因为Kotlin默认所有的参数和变量都不可为空，所以这里传入的Study参数也一定不会为空，我们可以放心地调用它的任何函数。如果你尝试向doStudy()函数传入一个null参数，则会提示如下图一所示的错误：
也就是说，Kotlin将空指针异常的检查提前到了编译时期，如果我们的程序存在空指针异常的风险，那么在编译的时候会直接报错，修正之后才能成功运行，这样就可以保证程序在运行时期不会出现空指针异常了。
看到这里，你可能产生了巨大的疑惑，所有的参数和变量都不可为空？这可真是前所未闻的事情，那如果我们的业务逻辑就是需要某个参数或者变量为空该怎么办呢？不用担心，Kotlin提供了另外一套可为空的类型系统，只不过在使用可为空的类型系统时，我们需要在编译时期就将所有潜在的空指针异常都处理掉，否则代码将无法编译通过。
那么可为空的类型系统是什么样的呢？很简单，就是在类名的后面加上一个问号。比如，Int表示不可为空的整型，而Int?就表示可为空的整型（加了一个？）；String表示不可为空的字符串，而String?就表示可为空的字符串。
回到刚才的doStudy()函数，如果我们希望传入的参数可以为空，那么就应该将参数的类型由
Study改成Study?，代码见下图：
可以看到，现在在调用doStudy()函数时传入null参数，就不会再提示错误了。然而你会发现，在doStudy()函数中调用参数的readBooks()和doHomework()方法时，却出现了一个红色下滑线的错误提示，这又是为什么呢？
其实原因也很明显，由于我们将参数改成了可为空的Study?类型，此时调用参数的readBooks()和doHomework()方法都可能造成空指针异常，因此Kotlin在这种情况下不允许编译通过。
那么该如何解决呢？很简单，只要把空指针异常都处理掉就可以了，比如做个判断处理，如下所示：
fun doStudy(study: Study?) {
    //后面还会介绍，我们知道对象不会为空的情况
    //通过加一个 !
    if (study != null) {
        study.readBooks()
        study.doHomework()
现在代码就可以正常编译通过了，并且还能保证完全不会出现空指针异常。
其实学到这里，我们就已经基本掌握了Kotlin的可空类型系统以及空指针检查的机制，但是为了在编译时期就处理掉所有的空指针异常，通常需要编写很多额外的检查代码才行。如果每处检查代码都使用if判断语句，则会让代码变得比较啰嗦，而且if判断语句还处理不了全局变量的判空问题。为此，Kotlin专门提供了一系列的辅助工具，使开发者能够更轻松地进行判空处理，下面我们就来逐个学习一下。
2 判空辅助工具
首先学习最常用的?.操作符。这个操作符的作用非常好理解，就是当对象不为空时正常调用相应的方法，当对象为空时则什么都不做。比如以下的判空处理代码：
if (a != null) {
    a.doSomething()
这段代码使用?.操作符就可以简化成：
a?.doSomething()
了解了?.操作符的作用，下面我们来看一下如何使用这个操作符对doStudy()函数进行优化，代码如下所示：
fun doStudy(study: Study?) {
    fun doStudy(study: Study?) {
        study?.readBooks()
        study?.doHomework()
可以看到，这样我们就借助?.操作符将if判断语句去掉了。可能你会觉得使用if语句来进行判空处理也没什么复杂的，那是因为目前的代码还非常简单，当以后我们开发的功能越来越复杂，需要判空的对象也越来越多的时候，你就会觉得?.操作符特别好用了。
下面我们再来学习另外一个非常常用的?:操作符（类比三元运算符）。这个操作符的左右两边都接收一个表达式，
如果左边表达式的结果不为空就返回左边表达式的结果，否则就返回右边表达式的结果。观察如下代码：
val c = if (a ! = null) {
} else {
这段代码的逻辑使用?:操作符就可以简化成：
val c = a ?: b
接下来我们通过一个具体的例子来结合使用?.和?:这两个操作符，从而让你加深对它们的理解。
比如现在我们要编写一个函数用来获得一段文本的长度，使用传统的写法就可以这样写：
fun getTextLength(text: String?): Int {
    if (text != null) {
        return text.length
    return 0
由于文本是可能为空的，因此我们需要先进行一次判空操作，如果文本不为空就返回它的长度，如果文本为空就返回0。
这段代码看上去也并不复杂，但是我们却可以借助操作符让它变得更加简单，如下所示：
fun getTextLength(text: String?) = text?.length ?: 0
这里我们将?.和?:操作符结合到了一起使用，首先由于text是可能为空的，因此我们在调用它的length字段时需要使用?.操作符，而当text为空时，text?.length会返回一个null值，这个时候我们再借助?:操作符让它返回0。怎么样，是不是觉得这些操作符越来越好用了呢？不过Kotlin的空指针检查机制也并非总是那么智能，有的时候我们可能从逻辑上已经将空指针异常处理了，但是Kotlin的编译器并不知道，这个时候它还是会编译失败。
观察如下的代码示例：
var content: String? = "hello"
fun main() {
    if (content != null) {
        printUpperCase()
fun printUpperCase() {
    val upperCase = content.toUpperCase()
    println(upperCase)
这里我们定义了一个可为空的全局变量content，然后在main()函数里先进行一次判空操作，当content不为空的时候才会调用printUpperCase()函数，在printUpperCase()函数里，我们将content转换为大写模式，最后打印出来。
看上去好像逻辑没什么问题，但是很遗憾，这段代码一定是无法运行的。因为printUpperCase()函数并不知道外部已经对content变量进行了非空检查，在调用toUpperCase()方法时，还认为这里存在空指针风险，从而无法编译通过。
在这种情况下，如果我们想要强行通过编译，可以使用非空断言工具，写法是在对象的后面加上!!，如下所示：
fun printUpperCase() {
    val upperCase = content!!.toUpperCase()
    println(upperCase)
这是一种有风险的写法，意在告诉Kotlin，我非常确信这里的对象不会为空，所以不用你来帮我做空指针检查了，如果出现问题，你可以直接抛出空指针异常，后果由我自己承担。
虽然这样编写代码确实可以通过编译，但是当你想要使用非空断言工具的时候，最好提醒一下自己，是不是还有更好的实现方式。你最自信这个对象不会为空的时候，其实可能就是一个潜在空指针异常发生的时候。
最后我们再来学习一个比较与众不同的辅助工具——let（后面会经常用到，因为太方便了）。let既不是操作符，也不是什么关键字，而是一个函数。这个函数提供了函数式API的编程接口，并将原始调用对象作为参数传递到Lambda表达式中。示例代码如下：
obj.let { obj2 ->
// 编写具体的业务逻辑
可以看到，这里调用了obj对象的let函数，然后Lambda表达式中的代码就会立即执行，并且这个obj对象本身还会作为参数传递到Lambda表达式中。不过，为了防止变量重名，这里我将参数名改成了obj2，但实际上它们是同一个对象，这就是let函数的作用。
let函数属于Kotlin中的标准函数，在下一章中我们将会学习更多Kotlin标准函数的用法。你可能就要问了，这个let函数和空指针检查有什么关系呢？其实let函数的特性配合?.操作符可以在空指针检查的时候起到很大的作用。
我们回到doStudy()函数当中，目前的代码如下所示：
fun doStudy(study: Study?) {
    study?.readBooks()
    study?.doHomework()
虽然这段代码我们通过?.操作符优化之后可以正常编译通过，但其实这种表达方式是有点啰嗦的，如果将这段代码准确翻译成使用if判断语句的写法，对应的代码如下：
//将?.展开后
fun doStudy(study: Study?) {
    if (study != null) {
        study.readBooks()
    if (study != null) {
        study.doHomework()
也就是说，本来我们进行一次if判断就能随意调用study对象的任何方法，但受制于?.操作符的限制，现在变成了每次调用study对象的方法时都要进行一次if判断。
这个时候就可以结合使用?.操作符和let函数来对代码进行优化了，如下所示：
fun doStudy(study: Study?) {
    study?.let { stu ->
        stu.readBooks()
        stu.doHomework()
我来简单解释一下上述代码，?.操作符表示对象为空时什么都不做，对象不为空时就调用let函数，而let函数会将study对象本身作为参数传递到Lambda表达式中，此时的study对象肯定不为空了，我们就能放心地调用它的任意方法了。
另外还记得Lambda表达式的语法特性吗？当Lambda表达式的参数列表中只有一个参数时，可以不用声明参数名，直接使用it关键字来代替即可，那么代码就可以进一步简化成：
fun doStudy(study: Study?) {
    study?.let {
        it.readBooks()
        it.doHomework()
在结束本篇内容之前，我还得再讲一点，let函数是可以处理全局变量的判空问题的，而if判断语句则无法做到这一点。比如我们将doStudy()函数中的参数变成一个全局变量，使用let函数仍然可以正常工作，但使用if判断语句则会提示错误，如下图所示：
之所以这里会报错，是因为全局变量的值随时都有可能被其他线程所修改，即使做了判空处理，仍然无法保证if语句中的study变量没有空指针风险。从这一点上也能体现出let函数的优势。
好了，最常用的Kotlin空指针检查辅助工具大概就是这些了，只要能将本篇的内容掌握好，你就可以写出更加健壮、几乎杜绝空指针异常的代码了。