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Kotlin

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语法树

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    A[Kotlin 语法概览]

    %% 1. 基础语法特性
    A --> B[基础语法特性]
    B --> B1[基本数据类型]
    B1 --> B1a["整型: Byte, Short, Int, Long"]
    B1 --> B1b["浮点型: Float, Double"]
    B1 --> B1c["字符型: Char"]
    B1 --> B1d["布尔型: Boolean"]
    
    B --> B2[变量与常量]
    B2 --> B2a["变量: var"]
    B2 --> B2b["常量: val"]
    
    B --> B3[运算符]
    B3 --> B3a["算术运算符: +, -, *, /, %"]
    B3 --> B3b["关系运算符: ==, !=, <, >, <=, >="]
    B3 --> B3c["逻辑运算符: &&, ||, !"]
    B3 --> B3d["位运算符: and, or, xor, shl, shr"]
    B3 --> B3e["赋值运算符: =, +=, -=, *=, /="]
    B3 --> B3f["其他: Elvis ?:, Safe Call ?., !!, in"]
    
    B --> B4[控制结构]
    B4 --> B4a["条件语句: if, else"]
    B4 --> B4b["分支语句: when"]
    B4 --> B4c["循环: for, while, do-while"]
    B4 --> B4d["跳转: break, continue, return"]
    
    B --> B5[函数]
    B5 --> B5a["函数定义: fun"]
    B5 --> B5b["参数: 默认参数, 可变参数 vararg"]
    B5 --> B5c["单表达式函数: ="]
    B5 --> B5d["匿名函数"]
    B5 --> B5e["高阶函数"]
    
    B --> B6[类与对象]
    B6 --> B6a["类定义: class"]
    B6 --> B6b["构造函数: constructor"]
    B6 --> B6c["属性: var, val"]
    B6 --> B6d["访问控制: public, private, protected, internal"]
    B6 --> B6e["继承: open, :"]
    B6 --> B6f["接口: interface"]
    B6 --> B6g["抽象类: abstract"]
    B6 --> B6h["数据类: data"]
    B6 --> B6i["对象声明: object"]
    B6 --> B6j["伴生对象: companion object"]
    
    B --> B7[包与导入]
    B7 --> B7a["包定义: package"]
    B7 --> B7b["导入: import"]
    
    B --> B8[异常处理]
    B8 --> B8a["try, catch, finally"]
    B8 --> B8b["throw"]
    
    B --> B9[泛型]
    B9 --> B9a["泛型类: <T>"]
    B9 --> B9b["泛型函数"]
    B9 --> B9c["协变: out"]
    B9 --> B9d["逆变: in"]
    B9 --> B9e["通配符: *"]
    
	B --> B10[空安全]
    B10 --> B10a["可空类型: ?"]
    B10 --> B10b["安全调用: ?."]
    B10 --> B10c["Elvis 操作符: ?:"]
    B10 --> B10d["非空断言: !!"]
    
    B --> B11[注解]
    B11 --> B11a["内置注解: @Deprecated, @Suppress"]
    B11 --> B11b["自定义注解: annotation"]

    %% 2. 现代 Kotlin 新特性
    A --> C[现代 Kotlin 新特性]
    
    C --> C1[Kotlin 1.0+]
    C1 --> C1a["Lambda 表达式: { x -> x * 2 }"]
    C1 --> C1b["扩展函数"]
    C1 --> C1c["中缀函数: infix"]
    C1 --> C1d["运算符重载: operator"]
    
    C --> C2[Kotlin 1.1]
    C2 --> C2a["协程: suspend, launch"]
    
    C --> C3[Kotlin 1.3]
    C3 --> C3a["内联类: inline class"]
    C3 --> C3b["无符号整数: UInt, ULong"]
    
    C --> C4[Kotlin 1.4]
    C4 --> C4a["SAM 转换改进"]
    C4 --> C4b["尾随逗号"]
    
    C --> C5[Kotlin 1.5]
    C5 --> C5a["密封接口: sealed interface"]
    C5 --> C5b["内联值类: value class"]
    
    C --> C6[Kotlin 1.6]
    C6 --> C6a["挂起函数类型: suspend () -> Unit"]
    
    C --> C7[Kotlin 1.8]
    C7 --> C7a["上下文接收者: context"]
    
    C --> C8[Kotlin 1.9+]
    C8 --> C8a["多平台改进"]
    C8 --> C8b["K2 编译器特性"]

    %% 3. 其他特性
    A --> D[其他特性]
    D --> D1[标准库扩展]
    D1 --> D1a["集合: List, Set, Map"]
    D1 --> D1b["字符串: String, StringBuilder"]
    D1 --> D1c["IO: java.io"]
    D1 --> D1d["并发: kotlin.coroutines"]
    
    D --> D2[反射与运行时]
    D2 --> D2a["类引用: ::class"]
    D2 --> D2b["函数引用: ::function"]
    D2 --> D2c["反射库: kotlin.reflect"]
    
    D --> D3[委托]
    D3 --> D3a["属性委托: by lazy, by Delegates"]
    D3 --> D3b["类委托: by"]

详解

一、基础语法特性

1. 基本数据类型

1.1 整型：Byte, Short, Int, Long

  • 语法说明：
    • Byte：8 位有符号整数，范围 -128 到 127，显式声明为 Byte。
    • Short：16 位有符号整数，范围 -32768 到 32767，显式声明为 Short。
    • Int：32 位有符号整数，范围 -2,147,483,648 到 2,147,483,647，默认整数类型。
    • Long：64 位有符号整数，范围 -9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807，需加 L 后缀。
    • 支持类型推断，如 val x = 42 推断为 Int。
  • 应用场景：
    • Byte：节省内存，适用于小型数据（如网络协议中的标志位、图像像素值）。
    • Short：较少使用，适用于特定硬件接口或与旧系统交互。
    • Int：日常计数、数组索引、循环变量。
    • Long：大范围数据，如时间戳（毫秒）、文件大小、数据库 ID。
  • 底层原理：
    • 在 JVM 上，分别映射为 Java 的 byte、short、int、long，为原始类型以优化性能。
    • 当声明为可空类型（如 Int?）或用于泛型时，装箱为 java.lang.Byte、Short、Integer、Long。
    • 编译器优化字面量，例如 val x = 42 使用 int，避免不必要的对象创建。
    • 类型转换需显式调用方法（如 toInt()），避免隐式转换错误。
  • 示例代码：
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fun main() {
    val byte: Byte = 127
    val short: Short = 32_767
    val int: Int = 2_147_483_647
    val long: Long = 9_223_372_036_854_775_807L
    println("Byte: $byte, Short: $short, Int: $int, Long: $long")

    // 类型转换
    val byteToInt: Int = byte.toInt()
    println("Byte to Int: $byteToInt")  // 127

    // 溢出示例
    val overflow: Byte = (byte + 1).toByte()  // 127 + 1 = -128（溢出）
    println("Overflow Byte: $overflow")

    // 可空类型
    val nullableLong: Long? = null
    println("Nullable Long: $nullableLong")
}
  • 注意事项：
    • 溢出风险：Byte 和 Short 操作超出范围不会自动提升类型，需手动转换（如 (byte + 1).toByte()），否则溢出（如 127 + 1 = -128）。
    • 类型转换：必须显式转换（如 toInt()），否则编译错误，避免隐式转换导致的意外。
    • 性能：优先使用 Int，因为它是 JVM 的默认整数类型，Byte 和 Short 在某些场景可能因装箱而降低性能。
    • L 后缀：Long 字面量忘记加 L 会默认推断为 Int，可能导致溢出。

1.2 浮点型：Float, Double

  • 语法说明：
    • Float：32 位单精度浮点数，约 6-7 位有效数字，需加 f 或 F 后缀（如 3.14f）。
    • Double：64 位双精度浮点数，约 15-16 位有效数字，默认浮点类型（如 3.14）。
    • 支持科学计数法（如 1.23e-4）。
  • 应用场景：
    • Float：节省内存，适用于图形渲染（如 OpenGL 坐标）、低精度计算。
    • Double：高精度计算，如科学计算、财务数据处理、地理坐标。
  • 底层原理：
    • 遵循 IEEE 754 标准，包含 1 位符号、指数位（Float 8 位，Double 11 位）和尾数位（Float 23 位，Double 52 位）。
    • 在 JVM 上，Float 映射为 float，Double 映射为 double，可空时装箱为 java.lang.Float 和 Double。
    • 运算结果可能因舍入而有微小误差。
  • 示例代码：
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fun main() {
    val float: Float = 3.14159f
    val double: Double = 3.141592653589793
    println("Float: $float, Double: $double")

    // 科学计数法
    val sciFloat: Float = 1.23e2f  // 123.0
    println("Scientific Float: $sciFloat")

    // 精度问题
    val sumFloat = 0.1f + 0.2f
    println("Float 0.1 + 0.2 = $sumFloat")  // 0.300000004（误差）
    val sumDouble = 0.1 + 0.2
    println("Double 0.1 + 0.2 = $sumDouble")  // 0.30000000000000004（更高精度）

    // 类型转换
    val floatToDouble: Double = float.toDouble()
    println("Float to Double: $floatToDouble")
}
  • 注意事项：
    • 精度问题：浮点运算可能有舍入误差（如 0.1 + 0.2 != 0.3），避免直接用 == 比较，建议用范围检查（如 abs(a - b) < 0.0001）。
    • f 后缀：Float 字面量忘记加 f 会推断为 Double，导致类型不匹配。
    • 性能与内存：Float 节省内存，但精度低，Double 更适合高精度需求。
    • 溢出与无穷：除以 0 返回 Infinity 而非异常，需检查结果。

1.3 字符型：Char

  • 语法说明：
    • 表示 16 位 Unicode 字符，使用单引号定义（如 'A'）。
    • 支持转义字符（如 \n, \t）和 Unicode 码点（如 \u0041 表示 'A'）。
  • 应用场景：
    • 文本解析（如逐字符处理字符串）。
    • 表示单个按键输入或编码转换。
  • 底层原理：
    • 映射到 JVM 的 char，存储为 16 位无符号整数（0 到 65535）。
    • 可空时装箱为 java.lang.Character。
    • 支持与整数运算，基于 Unicode 码点。
  • 示例代码：
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fun main() {
    val char: Char = 'K'
    val unicodeChar: Char = '\u004B'  // 'K'
    println("Char: $char, Unicode: $unicodeChar, Code: ${char.code}")  // K, K, 75

    // 转义字符
    val newline: Char = '\n'
    print("Line1${newline}Line2")  // Line1换行Line2

    // 字符运算
    val nextChar = char + 1  // 'L'
    println("Next Char: $nextChar")  // L

    // 可空类型
    val nullableChar: Char? = null
    println("Nullable Char: $nullableChar")
}
  • 注意事项：
    • 与数字区分：Char 不能直接当作整数使用，需用 .code 转换。
    • 单引号：使用双引号（如 "A"）会推断为 String，导致类型错误。
    • 范围限制：超出 Unicode 范围（如 \uFFFF 以上）无效。
    • 运算结果：Char 加减返回 Int，需转换回 Char。

1.4 布尔型：Boolean

  • 语法说明：
    • 表示 true 或 false，用于逻辑判断。
    • 可声明为可空类型（如 Boolean?）。
  • 应用场景：
    • 条件判断（如 if 语句）。
    • 状态标志（如 isActive）。
    • 三态逻辑（true, false, null）。
  • 底层原理：
    • 映射到 JVM 的 boolean，占用 1 位（实际实现可能占 1 字节）。
    • 可空时装箱为 java.lang.Boolean。
    • 逻辑运算基于短路求值。
  • 示例代码：
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fun main() {
    val isActive: Boolean = true
    val isDone: Boolean? = null
    println("isActive: $isActive, isDone: $isDone")

    // 逻辑运算
    val result = isActive && (isDone ?: false)
    println("Result: $result")  // false

    // 三态逻辑
    val status = when (isDone) {
        true -> "Completed"
        false -> "Pending"
        null -> "Unknown"
    }
    println("Status: $status")  // Unknown
}
  • 注意事项：
    • 可空处理：Boolean? 在逻辑运算中需配合 ?: 或 !!，否则编译错误。
    • 短路求值：&& 和 || 是短路的，避免在右边放入副作用代码。
    • 性能：避免不必要的装箱（如 Boolean?），影响效率。

2. 变量与常量

2.1 变量：var

  • 语法说明：
    • 使用 var 关键字声明可变变量，可多次赋值。
    • 支持类型推断（如 var x = 10 推断为 Int），或显式声明（如 var x: Int = 10）。
  • 应用场景：
    • 循环计数器、临时状态存储。
    • 用户输入或动态数据处理。
  • 底层原理：
    • 编译为 JVM 的普通局部变量或字段，分配内存后可自由修改。
    • 类型推断在编译时完成，生成对应的字节码类型（如 int）。
    • 不涉及运行时开销。
  • 示例代码：
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fun main() {
    var count = 10
    println("Initial: $count")  // 10
    count = 20
    println("Updated: $count")  // 20

    // 类型显式声明
    var name: String = "Kotlin"
    name = "Java"
    println("Name: $name")  // Java

    // 作用域示例
    run {
        var local = 5
        local += 1
        println("Local: $local")  // 6
    }
}
  • 注意事项：
    • 过度使用：滥用 var 增加可变性，降低代码安全性，建议优先用 val。
    • 类型一致性：赋值时类型必须匹配，否则编译错误。
    • 作用域：局部变量未初始化不会报错，但使用前需赋值。

2.2 常量：val

  • 语法说明：
    • 使用 val 关键字声明只读变量，赋值后不可更改引用。
    • 支持类型推断和显式声明。
    • 可用于表达式返回值。
  • 应用场景：
    • 常量定义（如数学常数 PI）。
    • 函数结果缓存、不可变配置。
  • 底层原理：
    • 编译为 JVM 的 final 变量，确保引用不可变。
    • 对于对象，val 只限制引用，对象内部状态可通过方法修改。
    • 若为基本类型，编译器可能内联值以优化性能。
  • 示例代码：
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fun main() {
    val pi = 3.14
    // pi = 3.15  // 错误：val 不可重新赋值
    println("Pi: $pi")

    // 可变对象
    val list = mutableListOf(1, 2)
    list.add(3)
    println("List: $list")  // [1, 2, 3]

    // 表达式赋值
    val x = 5
    val max = if (x > 0) x else 0
    println("Max: $max")  // 5
}
  • 注意事项：
    • 引用 vs 对象：val 只限制引用，对象内容可变，需区分。
    • 初始化：必须初始化或在 init 块中赋值，否则编译错误。
    • 性能：编译器可能内联 val，但复杂表达式不会。

3. 运算符

3.1 算术运算符：+, -, *, /, %

  • 语法说明：
    • +：加法或字符串拼接。
    • -：减法。
    • *：乘法。
    • /：除法（整数除法结果为整数，浮点除法为浮点数）。
    • %：取模。
  • 应用场景：
    • 数学计算（如统计、物理模拟）。
    • 字符串拼接（如日志生成）。
  • 底层原理：
    • 映射到 JVM 的数学指令（如 iadd, fdiv）。
    • 字符串 + 编译为 StringBuilder 操作。
    • 除法对整数和浮点分开处理。
  • 示例代码：
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fun main() {
    val a = 10
    val b = 3
    println("a + b = ${a + b}")  // 13
    println("a - b = ${a - b}")  // 7
    println("a * b = ${a * b}")  // 30
    println("a / b = ${a / b}")  // 3 (整数除法)
    println("a % b = ${a % b}")  // 1
    println("Hello " + "World")  // Hello World
}
  • 注意事项：
    • 除以零：整数除以 0 抛 ArithmeticException，浮点返回 Infinity。
    • 类型提升：操作数类型不同时提升到更高精度（如 Int + Double 结果为 Double）。
    • 字符串拼接性能：大量 + 操作效率低，建议用模板或 StringBuilder。

3.2 关系运算符：==, !=, <, >, <=, >=

  • 语法说明：
    • ==：值相等。
    • !=：值不等。
    • <, >：小于、大于。
    • <=, >=：小于等于、大于等于。
    • ===, !==：引用相等/不等。
  • 应用场景：
    • 条件判断、排序算法。
  • 底层原理：
    • == 调用 equals()，=== 检查对象引用。
    • 其他运算符映射到 JVM 比较指令（如 if_icmplt）。
  • 示例代码：
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fun main() {
    val x = 5
    val y = 10
    println("x == y: ${x == y}")  // false
    println("x < y: ${x < y}")  // true

    val str1 = "Kotlin"
    val str2 = "Kotlin"
    println("str1 === str2: ${str1 === str2}")  // true (字符串池)
}
  • 注意事项：
    • 浮点比较：避免直接用 ==，因精度误差可能导致错误。
    • === 使用：仅适用于对象引用，基本类型始终用 ==。
    • 自定义类：== 需要重写 equals()。

3.3 逻辑运算符：&&, ||, !

  • 语法说明：
    • &&：逻辑与，短路求值。
    • ||：逻辑或，短路求值。
    • !：逻辑非。
  • 应用场景：
    • 多条件组合判断。
  • 底层原理：
    • 短路求值优化性能，映射到 JVM 逻辑指令。
  • 示例代码：
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fun main() {
    val a = true
    val b = false
    println("a && b: ${a && b}")  // false
    println("a || b: ${a || b}")  // true
    println("!a: ${!a}")  // false
}
  • 注意事项：
    • 副作用：短路求值可能跳过右边代码，注意逻辑顺序。
    • 可空类型：Boolean? 需处理 null。

3.4 位运算符：and, or, xor, shl, shr

  • 语法说明：
    • and：按位与。
    • or：按位或。
    • xor：按位异或。
    • shl：左移。
    • shr：右移（带符号）。
  • 应用场景：
    • 权限标志、位掩码、低级优化。
  • 底层原理：
    • 映射到 JVM 位操作指令（如 iand, ishl）。
  • 示例代码：
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fun main() {
    val x = 5  // 101
    val y = 3  // 011
    println("x and y: ${x and y}")  // 1 (001)
    println("x or y: ${x or y}")  // 7 (111)
    println("x xor y: ${x xor y}")  // 6 (110)
    println("x shl 1: ${x shl 1}")  // 10 (1010)
    println("x shr 1: ${x shr 1}")  // 2 (010)
}
  • 注意事项：
    • 符号位：shr 是带符号右移，负数需注意。
    • 溢出：移位不检查范围，可能导致意外结果。

3.5 赋值运算符：=, +=, -=, *=, /=

  • 语法说明：
    • =：简单赋值。
    • +=, -=, *=, /=：组合赋值。
  • 应用场景：
    • 累加操作、状态更新。
  • 底层原理：
    • 编译为赋值和计算的组合指令。
  • 示例代码：
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fun main() {
    var x = 10
    x += 5
    println("x += 5: $x")  // 15
    x *= 2
    println("x *= 2: $x")  // 30
}
  • 注意事项：
    • 不可变变量：val 不支持赋值运算符。
    • 类型匹配：右边类型需与左边兼容。

3.6 其他运算符：?:, ?., !!, in

  • 语法说明：
    • ?:（Elvis）：若左边为 null，返回右边值。
    • ?.：安全调用，若对象为 null 返回 null。
    • !!：非空断言，若为 null 抛异常。
    • in：检查是否在范围或集合中。
  • 应用场景：
    • 空安全处理、范围检查。
  • 底层原理：
    • 编译器插入 null 检查和跳转逻辑。
  • 示例代码：
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fun main() {
    val str: String? = null
    println("Safe call: ${str?.length}")  // null
    println("Elvis: ${str?.length ?: 0}")  // 0
    println("In range: ${3 in 1..5}")  // true
    // println(str!!.length)  // 抛 NPE
}
  • 注意事项：
    • !! 风险：滥用可能抛 NullPointerException，尽量避免。
    • 性能：?. 和 ?: 增加分支检查，频繁使用可能影响性能。
    • in 范围：范围对象需实现 contains。

4. 控制结构

4.1 条件语句：if, else

  • 语法说明：
    • 基本形式：if (condition) { ... } else { ... }。
    • 可作为表达式，返回值由最后一行决定。
  • 应用场景：
    • 简单条件分支、返回值计算。
  • 底层原理：
    • 编译为 JVM 的 if 指令（如 ifne），表达式形式生成临时变量。
  • 示例代码：
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fun main() {
    val x = 5
    val result = if (x > 0) {
        println("Positive")
        "Positive"
    } else if (x == 0) {
        "Zero"
    } else {
        println("Negative")
        "Negative"
    }
    println("Result: $result")  // Positive
}
  • 注意事项：
    • 完整性：作为表达式时必须有 else，否则编译错误。
    • 嵌套：过多嵌套降低可读性，考虑用 when。

4.2 分支语句：when

  • 语法说明：
    • 替代 switch，支持多种条件（如值匹配、范围检查、is 类型检查）。
    • 可作为表达式。
  • 应用场景：
    • 多条件分支、模式匹配。
  • 底层原理：
    • 编译为条件跳转或表查找（类似 switch）。
  • 示例代码：
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fun main() {
    val x = 2
    val desc = when (x) {
        1 -> "One"
        2, 3 -> "Two or Three"
        in 1..10 -> "In range"
        is Int -> "Integer"
        else -> "Other"
    }
    println("Description: $desc")  // Two or Three
}
  • 注意事项：
    • 覆盖性：作为表达式时需覆盖所有情况或加 else。
    • 性能：复杂条件可能生成较多字节码。

4.3 循环：for, while, do-while

  • 语法说明：
    • for：for (item in collection/range) { ... }，支持范围、步长。
    • while：while (condition) { ... }。
    • do-while：do { ... } while (condition)。
  • 应用场景：
    • 数据遍历、重复执行。
  • 底层原理：
    • for 编译为迭代器调用，while 为条件跳转。
  • 示例代码：
1
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fun main() {
    for (i in 1..5 step 2) print("$i ")  // 1 3 5
    println()
    var x = 0
    while (x < 3) {
        print("$x ")
        x++
    }  // 0 1 2
    println()
    do {
        print("$x ")
        x--
    } while (x > 0)  // 3 2 1
}
  • 注意事项：
    • 范围对象：for 需可迭代对象。
    • 无限循环：while (true) 需确保退出条件。

4.4 跳转：break, continue, return

  • 语法说明：
    • break：退出循环。
    • continue：跳到下一次迭代。
    • return：返回函数结果。
    • 支持标签（如 break@label）。
  • 应用场景：
    • 控制循环流程。
  • 底层原理：
    • 编译为 goto 或返回指令。
  • 示例代码：
1
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13
fun main() {
    outer@ for (i in 1..3) {
        for (j in 1..3) {
            if (j == 2) break@outer
            print("$i$j ")
        }
    }  // 11
    println()
    for (i in 1..5) {
        if (i == 3) continue
        print("$i ")  // 1 2 4 5
    }
}
  • 注意事项：
    • 标签：多重循环需正确使用标签，避免跳错。
    • 可读性：过多跳转降低代码清晰度。

5. 函数

5.1 函数定义：fun

  • 语法说明：
    • 格式：fun name(params): ReturnType { ... }。
    • 返回类型可选（类型推断）。
  • 应用场景：
    • 代码复用、逻辑封装。
  • 底层原理：
    • 编译为 JVM 方法，参数和返回值类型静态绑定。
  • 示例代码：
1
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6
fun add(a: Int, b: Int): Int {
    return a + b
}
fun main() {
    println(add(3, 4))  // 7
}
  • 注意事项：
    • 返回类型：复杂函数建议显式声明返回类型。
    • 命名：遵循清晰命名规范。

5.2 参数：默认参数, vararg

  • 语法说明：
    • 默认参数：param: Type = defaultValue。
    • vararg：可变参数，接收任意数量参数。
  • 应用场景：
    • 简化函数调用、可变参数处理。
  • 底层原理：
    • 默认参数生成重载方法。
    • vararg 编译为数组参数。
  • 示例代码：
1
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7
fun printItems(vararg items: String, prefix: String = ">") {
    items.forEach { println("$prefix $it") }
}
fun main() {
    printItems("A", "B", prefix = "#")  // # A, # B
    printItems("X")  // > X
}
  • 注意事项：
    • 顺序：默认参数应放在 vararg 后。
    • 唯一性：一个函数只能有一个 vararg。

5.3 单表达式函数：=

  • 语法说明：
    • 使用 = 替代 {} 和 return，适用于简单函数。
  • 应用场景：
    • 简洁计算、工具函数。
  • 底层原理：
    • 编译为普通方法，表达式直接作为返回值。
  • 示例代码：
1
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4
fun multiply(a: Int, b: Int) = a * b
fun main() {
    println(multiply(2, 3))  // 6
}
  • 注意事项：
    • 可读性：复杂逻辑不适合单表达式。
    • 类型推断：返回值类型需明确。

5.4 匿名函数

  • 语法说明：
    • 格式：fun(params) = expression，无函数名。
  • 应用场景：
    • 临时逻辑定义、函数变量。
  • 底层原理：
    • 编译为函数对象。
  • 示例代码：
1
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4
fun main() {
    val anon = fun(x: Int) = x * 2
    println(anon(5))  // 10
}
  • 注意事项：
    • 性能：频繁创建可能增加开销。
    • 使用范围：适合局部使用。

5.5 高阶函数

  • 语法说明：
    • 函数参数或返回值为函数类型（如 (Int) -> Int）。
  • 应用场景：
    • 回调、函数式编程。
  • 底层原理：
    • 编译为函数接口（如 Function1），若加 inline 则内联。
  • 示例代码：
1
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4
fun apply(x: Int, op: (Int) -> Int) = op(x)
fun main() {
    println(apply(5) { it * 2 })  // 10
}
  • 注意事项：
    • 性能：未加 inline 会生成对象，影响效率。
    • 类型复杂性：参数类型需清晰定义。

6. 类与对象

6.1 类定义：class

  • 语法说明：
    • 格式：class Name(params) { ... }，主构造函数在类头。
  • 应用场景：
    • 数据建模、面向对象设计。
  • 底层原理：
    • 编译为 JVM 类，构造函数生成 init 块。
  • 示例代码：
1
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6
7
class Person(val name: String) {
    fun greet() = println("Hello, $name")
}
fun main() {
    val p = Person("Alice")
    p.greet()  // Hello, Alice
}
  • 注意事项：
    • 主构造函数：参数需明确作用（val/var）。

6.2 构造函数：constructor

  • 语法说明：
    • 主构造函数在类头，次构造函数使用 constructor。
  • 应用场景：
    • 对象初始化多样性。
  • 底层原理：
    • 次构造函数委托给主构造函数，编译为多个构造方法。
  • 示例代码：
1
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8
class Person(val name: String) {
    constructor(name: String, age: Int) : this(name) {
        println("Age: $age")
    }
}
fun main() {
    Person("Alice", 25)  // Age: 25
}
  • 注意事项：
    • 委托：次构造函数必须调用主构造函数。
    • 复杂度：过多构造函数降低可读性。

6.3 属性：var, val

  • 语法说明：
    • var 定义可变属性，val 定义只读属性。
    • 可自定义 get/set。
  • 应用场景：
    • 对象状态管理。
  • 底层原理：
    • 编译为字段和访问器方法。
  • 示例代码：
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class Box {
    var size: Int = 0
        get() = field
        set(value) {
            if (value >= 0) field = value
        }
}
fun main() {
    val box = Box()
    box.size = 5
    println(box.size)  // 5
}
  • 注意事项：
    • 自定义访问器：避免无限递归（如 get() = size）。
    • 初始化：必须初始化或延迟。

6.4 访问控制：public, private, protected, internal

  • 语法说明：
    • public：默认，公开。
    • private：类内可见。
    • protected：类及子类可见。
    • internal：模块内可见。
  • 应用场景：
    • 封装性控制。
  • 底层原理：
    • 编译为 JVM 访问修饰符。
  • 示例代码：
1
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5
class Example {
    private val secret = 42
    protected val subclassVisible = "Protected"
    internal val moduleVisible = "Internal"
}
  • 注意事项：
    • internal：模块定义需明确。
    • 过度限制：影响扩展性。

6.5 继承：open, :

  • 语法说明：
    • open 允许继承，: 表示继承关系。
  • 应用场景：
    • 类层次设计。
  • 底层原理：
    • 编译为 JVM 继承结构。
  • 示例代码：
1
2
open class Animal(val name: String)
class Dog(name: String) : Animal(name)
  • 注意事项：
    • open 必要性：类默认不可继承。
    • 单一继承：Kotlin 不支持多重继承。

6.6 接口：interface

  • 语法说明：
    • 定义方法和属性，使用 override 实现。
  • 应用场景：
    • 多态、行为契约。
  • 底层原理：
    • 编译为 JVM 接口。
  • 示例代码：
1
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5
6
interface Flyable {
    fun fly()
}
class Bird : Flyable {
    override fun fly() = println("Flying")
}
  • 注意事项：
    • 实现冲突：多接口需处理方法冲突。
    • 默认实现：避免过度依赖。

6.7 抽象类：abstract

  • 语法说明：
    • 使用 abstract 定义抽象成员。
  • 应用场景：
    • 提供部分实现。
  • 底层原理：
    • 编译为抽象类。
  • 示例代码：
1
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5
6
abstract class Shape {
    abstract fun area(): Double
}
class Circle(val radius: Double) : Shape() {
    override fun area() = Math.PI * radius * radius
}
  • 注意事项：
    • 抽象成员：必须被子类实现。
    • 实例化：不可直接实例化。

6.8 数据类：data

  • 语法说明：
    • 使用 data 自动生成 toString(), equals(), copy() 等。
  • 应用场景：
    • DTO、简单数据容器。
  • 底层原理：
    • 编译器生成额外方法。
  • 示例代码：
1
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5
data class User(val id: Int, val name: String)
fun main() {
    val user = User(1, "Alice")
    println(user.copy(name = "Bob"))  // User(id=1, name=Bob)
}
  • 注意事项：
    • 主构造函数：至少一个参数。
    • 继承限制：不可被 open。

6.9 对象声明：object

  • 语法说明：
    • 使用 object 创建单例。
  • 应用场景：
    • 单例模式、工具类。
  • 底层原理：
    • 编译为静态实例。
  • 示例代码：
1
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5
6
object Singleton {
    fun hello() = println("Hello")
}
fun main() {
    Singleton.hello()  // Hello
}
  • 注意事项：
    • 状态管理：单例需注意线程安全。
    • 滥用：不适合频繁创建的对象。

6.10 伴生对象：companion object

  • 语法说明：
    • 在类中使用 companion object 定义静态成员。
  • 应用场景：
    • 工厂方法、静态工具。
  • 底层原理：
    • 编译为类的静态字段。
  • 示例代码：
1
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8
class MyClass {
    companion object {
        fun create() = MyClass()
    }
}
fun main() {
    val instance = MyClass.create()
}
  • 注意事项：
    • 命名：可命名以提高可读性。
    • 访问：外部需通过类名访问。

7. 包与导入

7.1 包定义：package

  • 语法说明：
    • 使用 package 定义命名空间。
  • 应用场景：
    • 代码组织、避免命名冲突。
  • 底层原理：
    • 编译为 JVM 包结构。
  • 示例代码：
1
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5
package com.example
fun hello() = println("Hello")
fun main() {
    hello()  // Hello
}
  • 注意事项：
    • 一致性：包名应与目录结构一致。
    • 冲突：避免与其他包名冲突。

7.2 导入：import

  • 语法说明：
    • 使用 import 引入类或函数，支持别名（as）。
  • 应用场景：
    • 使用外部库、简化代码。
  • 底层原理：
    • 编译时解析导入路径。
  • 示例代码：
1
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4
import kotlin.math.PI as MathPI
fun main() {
    println(MathPI)  // 3.141592653589793
}
  • 注意事项：
    • 命名冲突：使用 as 解决。
    • 冗余导入：IDE 可优化。

8. 异常处理

8.1 try, catch, finally

  • 语法说明：
    • try 定义可能抛异常的代码，catch 处理异常，finally 确保执行。
    • 可作为表达式。
  • 应用场景：
    • 错误处理、资源清理。
  • 底层原理：
    • 编译为 JVM 的异常表。
  • 示例代码：
1
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fun main() {
    val result = try {
        val x = 1 / 0
        "Success"
    } catch (e: ArithmeticException) {
        println("Error: ${e.message}")
        "Failed"
    } finally {
        println("Cleanup")
    }
    println("Result: $result")  // Failed
}
  • 注意事项：
    • 异常类型：捕获具体异常，避免用 Exception。
    • finally 执行：总是执行，注意资源释放。

8.2 throw

  • 语法说明：
    • 使用 throw 抛出异常对象。
  • 应用场景：
    • 自定义错误条件。
  • 底层原理：
    • 映射到 JVM 的 athrow 指令。
  • 示例代码：
1
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fun validate(x: Int) {
    if (x < 0) throw IllegalArgumentException("Negative not allowed")
}
fun main() {
    try {
        validate(-1)
    } catch (e: IllegalArgumentException) {
        println(e.message)  // Negative not allowed
    }
}
  • 注意事项：
    • 异常信息：提供清晰描述。
    • 滥用：不应用作流程控制。

9. 泛型

9.1 泛型类：<T>

  • 语法说明：
    • 使用 <T> 定义类型参数。
  • 应用场景：
    • 类型安全的容器。
  • 底层原理：
    • 编译为 JVM 的泛型擦除，使用 Object 并插入类型检查。
  • 示例代码：
1
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6
class Box<T>(val value: T)
fun main() {
    val intBox = Box(42)
    val strBox = Box("Kotlin")
    println("${intBox.value}, ${strBox.value}")
}
  • 注意事项：
    • 类型约束：可用 where 限制。
    • 运行时：无法直接获取 T 类型。

9.2 泛型函数

  • 语法说明：
    • 在函数名前加 <T>。
  • 应用场景：
    • 通用算法。
  • 底层原理：
    • 同泛型类，类型擦除。
  • 示例代码：
1
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4
5
fun <T> printItem(item: T) = println(item)
fun main() {
    printItem(42)  // 42
    printItem("Kotlin")  // Kotlin
}
  • 注意事项：
    • 类型推断：复杂场景需显式指定类型。
    • 性能：避免过度泛化。

9.3 协变：out

  • 语法说明：
    • 使用 out 限制类型只能作为返回值。
  • 应用场景：
    • 生产者模式。
  • 底层原理：
    • 编译器确保类型安全。
  • 示例代码：
1
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interface Producer<out T> {
    fun produce(): T
}
class StringProducer : Producer<String> {
    override fun produce() = "Hello"
}
fun main() {
    val producer: Producer<Any> = StringProducer()
    println(producer.produce())
}
  • 注意事项：
    • 限制：不能用作输入参数。
    • 理解：需掌握协变概念。

9.4 逆变：in

  • 语法说明：
    • 使用 in 限制类型只能作为参数。
  • 应用场景：
    • 消费者模式。
  • 底层原理：
    • 编译器检查逆变规则。
  • 示例代码：
1
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9
10
interface Consumer<in T> {
    fun consume(item: T)
}
class AnyConsumer : Consumer<Any> {
    override fun consume(item: Any) = println(item)
}
fun main() {
    val consumer: Consumer<String> = AnyConsumer()
    consumer.consume("Hello")
}
  • 注意事项：
    • 限制：不能用作返回值。
    • 复杂性：与协变配合需小心。

9.5 通配符：*

  • 语法说明：
    • 表示未知类型，类似 Java 的 ?。
  • 应用场景：
    • 类型无关操作。
  • 底层原理：
    • 编译为泛型上限 Any?。
  • 示例代码：
1
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4
fun printList(list: List<*>) = println(list)
fun main() {
    printList(listOf(1, "A"))  // [1, A]
}
  • 注意事项：
    • 限制：无法访问具体类型方法。
    • 替代：可用具体类型替换。

10. 空安全

10.1 可空类型：?

  • 语法说明：
    • 在类型后加 ? 表示可为 null。
  • 应用场景：
    • 处理潜在的 null 值。
  • 底层原理：
    • 编译器强制类型检查。
  • 示例代码：
1
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4
fun main() {
    val str: String? = null
    println(str)  // null
}
  • 注意事项：
    • 过度使用：过多 ? 增加空检查负担。
    • 初始化：尽量推迟到确定非空。

10.2 安全调用：?.

  • 语法说明：
    • 若对象为 null，返回 null，否则调用方法。
  • 应用场景：
    • 避免空指针异常。
  • 底层原理：
    • 编译为条件跳转。
  • 示例代码：
1
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3
4
fun main() {
    val str: String? = null
    println(str?.length)  // null
}
  • 注意事项：
    • 链式调用：多级 ?. 返回类型可能是嵌套可空。
    • 性能：频繁使用增加分支。

10.3 Elvis 操作符：?:

  • 语法说明：
    • 若左边为 null，返回右边值。
  • 应用场景：
    • 提供默认值。
  • 底层原理：
    • 编译为条件表达式。
  • 示例代码：
1
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4
5
fun main() {
    val str: String? = null
    val length = str?.length ?: -1
    println(length)  // -1
}
  • 注意事项：
    • 类型一致：左右类型需匹配。
    • 副作用：右边避免复杂逻辑。

10.4 非空断言：!!

  • 语法说明：
    • 强制解包，若为 null 抛异常。
  • 应用场景：
    • 确信非空时使用。
  • 底层原理：
    • 编译为直接访问，若 null 抛 NullPointerException。
  • 示例代码：
1
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4
fun main() {
    val str: String? = "Kotlin"
    println(str!!.length)  // 6
}
  • 注意事项：
    • 风险：滥用导致运行时异常。
    • 替代：优先用 ?. 或 ?:。

11. 注解

11.1 内置注解

Kotlin 提供了一系列内置注解，主要用于控制编译器行为、与 JVM 平台交互或增强代码语义。以下是所有内置注解的完整列表，涵盖标准库中定义的注解（基于 Kotlin 1.9 及之前版本）：

@Deprecated
  • 语法说明：
    • 标记代码元素（类、函数、属性等）为废弃状态。
    • 参数：message: String（必填，废弃原因），replaceWith: ReplaceWith（可选，替代方案），level: DeprecationLevel（可选，废弃级别：WARNING 或 ERROR，默认 WARNING）。
  • 应用场景：
    • API 维护：提示用户停止使用旧 API。
    • 代码迁移：引导开发者转向新实现。
  • 底层原理：
    • 编译器在编译时发出警告或错误（取决于 level），并在生成的 JVM 字节码中添加 @java.lang.Deprecated。
  • 示例代码：
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7
@Deprecated("Use newFunc instead", ReplaceWith("newFunc()"), DeprecationLevel.WARNING)
fun oldFunc() = println("Old")
fun newFunc() = println("New")
fun main() {
    oldFunc()  // 编译器警告：'oldFunc' is deprecated
    newFunc()  // New
}
  • 注意事项：
    • 信息：message 应清晰说明废弃原因。
    • 替代方案：ReplaceWith 提供可直接替换的代码，提升迁移效率。
    • 级别：使用 ERROR 时调用处会编译失败，谨慎使用。
@Suppress
  • 语法说明：
    • 抑制特定的编译器警告或错误。
    • 参数：可变字符串数组（如 "DEPRECATION"），指定要抑制的警告类型。
  • 应用场景：
    • 临时忽略无关警告（如使用废弃 API）。
    • 清理代码时避免过多告警干扰。
  • 底层原理：
    • 编译器在分析代码时跳过指定警告的检查，不影响生成的字节码。
  • 示例代码：
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7
@Deprecated("Use newFunc instead")
fun oldFunc() = println("Old")
fun newFunc() = println("New")
@Suppress("DEPRECATION")
fun main() {
    oldFunc()  // 无警告
}
  • 注意事项：
    • 范围：尽量具体到最小作用域，避免隐藏重要问题。
    • 警告类型：需查阅文档确认有效的警告名称（如 "UNUSED_VARIABLE"）。
@JvmOverloads
  • 语法说明：
    • 为带有默认参数的函数或构造函数生成 JVM 重载方法。
    • 无参数，直接标注在函数或构造函数上。
  • 应用场景：
    • 与 Java 互操作：使 Kotlin 默认参数对 Java 调用者可见。
    • 简化 API：提供多种调用方式。
  • 底层原理：
    • 编译器为每个默认参数生成重载方法，JVM 字节码中表现为独立方法。
  • 示例代码：
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@JvmOverloads
fun greet(name: String = "Guest", greeting: String = "Hello") = "$greeting, $name!"
fun main() {
    println(greet())           // Hello, Guest!
    println(greet("Alice"))    // Hello, Alice!
    println(greet("Bob", "Hi")) // Hi, Bob!
}
  • 注意事项：
    • 参数顺序：默认参数需连续靠后，否则生成不完整。
    • 性能：参数过多时增加字节码大小。
    • 平台限制：仅对 JVM 有效。
@JvmStatic
  • 语法说明：
    • 将伴生对象中的函数或属性标记为静态，生成 JVM 静态方法或字段。
    • 应用于伴生对象成员。
  • 应用场景：
    • 与 Java 互操作：使伴生对象成员可通过类名直接调用。
    • 工具类设计：模拟 Java 静态方法。
  • 底层原理：
    • 编译器在类中生成静态方法，绕过伴生对象实例，直接映射到 JVM 静态调用。
  • 示例代码：
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class Utils {
    companion object {
        @JvmStatic
        fun sayHello() = println("Hello from static")
    }
}
fun main() {
    Utils.sayHello()  // Kotlin 调用
    // Java: Utils.sayHello();
}
  • 注意事项：
    • 适用范围：仅限伴生对象。
    • 冗余：非 Java 交互时无需使用。
@JvmField
  • 语法说明：
    • 将属性暴露为 JVM 的公共字段，跳过 getter/setter。
    • 应用于属性声明。
  • 应用场景：
    • 与 Java 互操作：直接访问字段而非通过方法。
    • 性能优化：避免访问器开销。
  • 底层原理：
    • 编译器生成 public 字段而非封装属性，移除 Kotlin 的属性封装。
  • 示例代码：
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class Data {
    @JvmField
    val id = 42
}
fun main() {
    val d = Data()
    println(d.id)  // 42
    // Java: int value = new Data().id;
}
  • 注意事项：
    • 封装性：丧失 getter/setter 控制。
    • 限制：不能与 private 或自定义访问器共用。
@Throws
  • 语法说明：
    • 指定函数可能抛出的异常，生成 JVM 的 throws 声明。
    • 参数：异常类的 KClass 列表（如 @Throws(IOException::class)）。
  • 应用场景：
    • 与 Java 互操作：告知 Java 调用者异常类型。
    • 文档化：明确异常行为。
  • 底层原理：
    • 编译器在字节码中添加 throws 子句，与 Java 的异常声明一致。
  • 示例代码：
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import java.io.IOException
@Throws(IOException::class)
fun riskyOperation() {
    throw IOException("Something went wrong")
}
fun main() {
    try {
        riskyOperation()
    } catch (e: IOException) {
        println(e.message)  // Something went wrong
    }
}
  • 注意事项：
    • 必要性：Kotlin 不强制异常声明，仅为 Java 兼容。
    • 类型：需使用 ::class 指定。
@JvmName
  • 语法说明：
    • 指定函数或属性在 JVM 中的名称，避免命名冲突。
    • 参数：字符串，表示 JVM 名称。
  • 应用场景：
    • 解决签名冲突：如与 Java 方法名冲突。
    • 美化 API：自定义 Java 可见名称。
  • 底层原理：
    • 编译器修改生成的 JVM 方法或字段名称。
  • 示例代码：
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@JvmName("customGreet")
fun greet() = println("Hello")
fun main() {
    greet()  // Hello
    // Java: MyClass.customGreet();
}
  • 注意事项：
    • 唯一性：新名称需避免冲突。
    • 范围：仅影响 JVM 签名。
@JvmMultifileClass
  • 语法说明：
    • 将多个文件中的顶层函数合并为单个 JVM 类。
    • 与 @file:JvmName 配合使用。
  • 应用场景：
    • 模块化开发：将分散的顶层函数整合为一个类。
    • Java 互操作：统一访问入口。
  • 底层原理：
    • 编译器将多个文件中的函数合并到一个类文件中。
  • 示例代码：
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// File1.kt
@file:JvmName("Utils")
@file:JvmMultifileClass
fun util1() = println("Util 1")

// File2.kt
@file:JvmName("Utils")
@file:JvmMultifileClass
fun util2() = println("Util 2")

fun main() {
    util1()  // Util 1
    util2()  // Util 2
    // Java: Utils.util1(); Utils.util2();
}
  • 注意事项：
    • 配合使用：必须与 @file:JvmName 一起使用。
    • 一致性：所有文件需相同 JvmName。
@Synchronized
  • 语法说明：
    • 标记函数为同步，类似 Java 的 synchronized 方法。
    • 应用于函数。
  • 应用场景：
    • 多线程编程：确保线程安全。
  • 底层原理：
    • 编译器生成 JVM 的 synchronized 块，锁定函数所属对象。
  • 示例代码：
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class Counter {
    var count = 0
    @Synchronized
    fun increment() {
        count++
    }
}
fun main() {
    val counter = Counter()
    counter.increment()
    println(counter.count)  // 1
}
  • 注意事项：
    • 性能：同步降低并发性，谨慎使用。
    • 范围：仅锁定当前实例。
@Volatile
  • 语法说明：
    • 标记属性为 volatile，确保线程间可见性。
    • 应用于属性。
  • 应用场景：
    • 多线程编程：避免线程缓存问题。
  • 底层原理：
    • 映射到 JVM 的 volatile 修饰符，保证内存一致性。
  • 示例代码：
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class ThreadSafe {
    @Volatile
    var flag = false
}
fun main() {
    val ts = ThreadSafe()
    ts.flag = true
    println(ts.flag)  // true
}
  • 注意事项：
    • 限制：仅适用于 var，不可用于局部变量。
    • 开销：增加内存屏障，影响性能。
@Strictfp
  • 语法说明：
    • 标记函数或类使用严格浮点运算，遵循 IEEE 754 标准。
    • 应用于函数或类。
  • 应用场景：
    • 高精度浮点计算：确保跨平台一致性。
  • 底层原理：
    • 编译器生成 JVM 的 strictfp 修饰符，禁用浮点优化。
  • 示例代码：
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@Strictfp
fun compute(x: Double): Double = x * 2.0
fun main() {
    println(compute(3.14))  // 6.28
}
  • 注意事项：
    • 使用场景：极少使用，除非明确要求一致性。
    • 兼容性：仅 JVM 有效。
@PublishedApi
  • 语法说明：
    • 标记 internal 函数或属性为公开 API，可被内联函数间接访问。
  • 应用场景：
    • 库开发：在模块内隐藏实现细节，同时允许内联函数使用。
  • 底层原理：
    • 编译器将 internal 元素提升为 public，但仍限制模块外直接访问。
  • 示例代码：
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@PublishedApi
internal fun internalFunc() = "Internal"
inline fun publicFunc() = internalFunc()
fun main() {
    println(publicFunc())  // Internal
}
  • 注意事项：
    • 限制：仅与 inline 配合。
    • 封装性：谨慎使用，避免泄露实现。
@SinceKotlin
  • 语法说明：
    • 标记代码元素自某个 Kotlin 版本起可用。
    • 参数：版本号字符串（如 "1.3"）。
  • 应用场景：
    • API 文档化：提示最低支持版本。
  • 底层原理：
    • 仅用于元数据记录，不影响编译或运行。
  • 示例代码：
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@SinceKotlin("1.3")
fun modernFeature() = println("Available since 1.3")
fun main() {
    modernFeature()  // Available since 1.3
}
  • 注意事项：
    • 版本检查：仅提示，不强制执行。
    • 文档：建议与版本控制结合。
@OptIn
  • 语法说明：
    • 声明使用实验性或不稳定的 API。
    • 参数：注解类的 KClass（如 @OptIn(ExperimentalTime::class)）。
  • 应用场景：
    • 使用实验性特性：如协程、时间 API。
  • 底层原理：
    • 编译器检查是否标记，未标记时发出警告或错误。
  • 示例代码：
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import kotlin.time.ExperimentalTime
import kotlin.time.measureTime
@OptIn(ExperimentalTime::class)
fun measure() {
    val duration = measureTime { Thread.sleep(100) }
    println(duration)  // ~100ms
}
fun main() {
    measure()
}
  • 注意事项：
    • 风险：实验性 API 可能变更。
    • 范围：可用于文件或模块级别。
@file:JvmName
  • 语法说明：
    • 指定文件编译后在 JVM 中的类名。
    • 参数：字符串，表示类名。
  • 应用场景：
    • 顶层函数命名：避免默认的 FileKt 类名。
    • 与 @JvmMultifileClass 配合。
  • 底层原理：
    • 编译器修改生成类的名称。
  • 示例代码：
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@file:JvmName("MyUtils")
fun util() = println("Utility")
fun main() {
    util()  // Utility
    // Java: MyUtils.util();
}
  • 注意事项：
    • 冲突：确保名称唯一。
    • 范围：仅文件级有效。
@file:Suppress
  • 语法说明：
    • 在文件级别抑制警告。
    • 参数：警告类型字符串数组。
  • 应用场景：
    • 文件级警告清理。
  • 底层原理：
    • 同 @Suppress，作用于整个文件。
  • 示例代码：
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@file:Suppress("UNUSED_VARIABLE")
fun main() {
    val unused = 42  // 无警告
    println("Done")
}
  • 注意事项：
    • 范围：影响整个文件，谨慎使用。
    • 替代：局部 @Suppress 更精准。
完整示例整合

以下是一个综合示例，展示部分内置注解的协同使用：

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@file:JvmName("Demo")
@Deprecated("Use newApi instead", ReplaceWith("newApi()"))
fun oldApi() = println("Old API")

@JvmOverloads
fun newApi(message: String = "New", count: Int = 1) = println("$message repeated $count times")

class Example {
    companion object {
        @JvmStatic
        fun staticMethod() = println("Static")
    }

    @Volatile
    var flag = false

    @Synchronized
    fun syncMethod() {
        flag = true
    }
}

@OptIn(ExperimentalTime::class)
fun measureTime() {
    val duration = kotlin.time.measureTime { Thread.sleep(100) }
    println("Took $duration")
}

@Suppress("DEPRECATION")
fun main() {
    oldApi()          // Old API (警告被抑制)
    newApi()          // New repeated 1 times
    newApi("Hi")      // Hi repeated 1 times
    Example.staticMethod()  // Static
    measureTime()     // Took ~100ms
}

11.2 自定义注解：annotation

  • 语法说明：
    • 使用 annotation class 定义。
  • 应用场景：
    • 元编程、框架开发。
  • 底层原理：
    • 编译为 JVM 注解。
  • 示例代码：
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annotation class MyAnnotation(val priority: Int)
@MyAnnotation(1)
fun annotated() = println("Annotated")
fun main() {
    annotated()
}
  • 注意事项：
    • 运行时：需加 @Retention 指定保留级别。
    • 参数：仅支持基本类型和枚举。

二、现代 Kotlin 新特性

1. Kotlin 1.0+

1.1 Lambda 表达式：{ x -> x * 2 }

  • 语法说明：
    • 格式：{ params -> expression }，简化为 { it }（单参数）。
  • 应用场景：
    • 集合操作、事件处理。
  • 底层原理：
    • 编译为匿名类或内联代码（若加 inline）。
  • 示例代码：
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fun main() {
    val list = listOf(1, 2, 3)
    val doubled = list.map { x -> x * 2 }
    println(doubled)  // [2, 4, 6]
}
  • 注意事项：
    • 性能：未内联时生成对象。
    • 可读性：复杂逻辑不适合。

1.2 扩展函数

  • 语法说明：
    • 在类外定义方法，格式：fun ReceiverType.name() { ... }。
  • 应用场景：
    • 扩展标准库、工具函数。
  • 底层原理：
    • 编译为静态方法，接收者作为参数。
  • 示例代码：
1
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4
fun String.addExclamation() = "$this!"
fun main() {
    println("Hello".addExclamation())  // Hello!
}
  • 注意事项：
    • 冲突：与类方法冲突时优先类内方法。
    • 访问：不能访问私有成员。

1.3 中缀函数：infix

  • 语法说明：
    • 使用 infix 修饰，允许中缀调用。
  • 应用场景：
    • 提高代码可读性。
  • 底层原理：
    • 编译为普通方法调用。
  • 示例代码：
1
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infix fun Int.plus(x: Int) = this + x
fun main() {
    println(5 plus 3)  // 8
}
  • 注意事项：
    • 限制：需单一参数。
    • 滥用：影响代码一致性。

1.4 运算符重载：operator

  • 语法说明：
    • 使用 operator 定义运算符行为。
  • 应用场景：
    • 自定义数学对象。
  • 底层原理：
    • 编译为方法调用。
  • 示例代码：
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data class Point(val x: Int, val y: Int) {
    operator fun plus(other: Point) = Point(x + other.x, y + other.y)
}
fun main() {
    val p1 = Point(1, 2)
    val p2 = Point(3, 4)
    println(p1 + p2)  // Point(x=4, y=6)
}
  • 注意事项：
    • 语义：保持运算符直观含义。
    • 一致性：与标准库一致。

2. Kotlin 1.1

2.1 协程：suspend, launch

  • 语法说明：
    • suspend：标记挂起函数。
    • launch：启动协程。
  • 应用场景：
    • 异步编程、网络请求。
  • 底层原理：
    • 基于状态机和续体（continuation），编译器生成回调逻辑。
  • 示例代码：
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import kotlinx.coroutines.*
fun main() = runBlocking {
    launch {
        delay(1000L)
        println("World")
    }
    println("Hello")
}
  • 注意事项：
    • 依赖：需引入 kotlinx-coroutines。
    • 作用域：需在协程作用域内调用。

3. Kotlin 1.3

3.1 内联类：inline class

  • 语法说明：
    • 使用 inline class 定义单值包装类。
  • 应用场景：
    • 类型安全、性能优化。
  • 底层原理：
    • 编译时展开为原始类型。
  • 示例代码：
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inline class Name(val value: String)
fun main() {
    val name = Name("Kotlin")
    println(name.value)  // Kotlin
}
  • 注意事项：
    • 限制：仅限单一属性。
    • 兼容性：早期版本不支持。

3.2 无符号整数：UInt, ULong

  • 语法说明：
    • UInt：32 位无符号整数，ULong：64 位，加 u 或 U 后缀。
  • 应用场景：
    • 正整数计算。
  • 底层原理：
    • 编译为有符号整数，运行时模拟无符号行为。
  • 示例代码：
1
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fun main() {
    val uint: UInt = 42u
    val ulong: ULong = 123UL
    println("$uint, $ulong")
}
  • 注意事项：
    • 运算：需注意类型匹配。
    • 范围：超出需转换。

4. Kotlin 1.4

4.1 SAM 转换改进

  • 语法说明：
    • 单方法接口支持 Lambda 转换。
  • 应用场景：
    • 简化 Java 接口调用。
  • 底层原理：
    • 编译为接口实现。
  • 示例代码：
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fun interface Action {
    fun run()
}
fun main() {
    val action = Action { println("Run") }
    action.run()
}
  • 注意事项：
    • 单一方法：仅限单抽象方法。
    • 明确性：避免歧义。

4.2 尾随逗号

  • 语法说明：
    • 参数列表、集合末尾允许逗号。
  • 应用场景：
    • 代码格式化。
  • 底层原理：
    • 语法糖，无运行时影响。
  • 示例代码：
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val list = listOf(
    1,
    2,
)
  • 注意事项：
    • 兼容性：旧版本不支持。
    • 一致性：团队需统一风格。

5. Kotlin 1.5

5.1 密封接口：sealed interface

  • 语法说明：
    • 使用 sealed interface 限制实现类。
  • 应用场景：
    • 模式匹配。
  • 底层原理：
    • 编译器检查实现。
  • 示例代码：
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sealed interface Expr
data class Num(val value: Int) : Expr
fun main() {
    val expr: Expr = Num(42)
    println((expr as Num).value)
}
  • 注意事项：
    • 范围：实现类需在同一模块。
    • 版本：需 1.5+。

5.2 内联值类：value class

  • 语法说明：
    • 使用 value class 定义单值类。
  • 应用场景：
    • 类型安全。
  • 底层原理：
    • 编译时展开。
  • 示例代码：
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value class Password(val value: String)
fun main() {
    val pwd = Password("secret")
    println(pwd.value)
}
  • 注意事项：
    • 限制：单一属性。
    • 兼容性：需 1.5+。

6. Kotlin 1.6

6.1 挂起函数类型：suspend () -> Unit

  • 语法说明：
    • 定义挂起函数类型。
  • 应用场景：
    • 协程回调。
  • 底层原理：
    • 编译为续体类型。
  • 示例代码：
1
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fun main() {
    val suspendFunc: suspend () -> Unit = { println("Suspended") }
    // 需要协程作用域调用
}
  • 注意事项：
    • 调用：需协程作用域。
    • 版本：需 1.6+。

7. Kotlin 1.8

7.1 上下文接收者：context

  • 语法说明：
    • 使用 context(Type) 指定接收者。
  • 应用场景：
    • DSL 设计。
  • 底层原理：
    • 编译为隐式参数。
  • 示例代码：
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context(String)
fun printWithContext() = println(this)
fun main() {
    with("Hello") { printWithContext() }  // Hello
}
  • 注意事项：
    • 实验性：需启用特性。
    • 复杂度：增加理解难度。

8. Kotlin 1.9+

8.1 多平台改进

  • 语法说明：
    • 使用 expect 和 actual 定义跨平台代码。
  • 应用场景：
    • 多平台开发。
  • 底层原理：
    • 编译器生成平台特定代码。
  • 示例代码：
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expect class Platform {
    fun name(): String
}
actual class Platform actual constructor() {
    actual fun name() = "JVM"
}
fun main() {
    println(Platform().name())
}
  • 注意事项：
    • 配置：需多平台项目设置。
    • 一致性：实现需匹配。

8.2 K2 编译器特性

  • 语法说明：
    • K2 是新编译器，提升性能。
  • 应用场景：
    • 更快编译、更严格检查。
  • 底层原理：
    • 重写编译流程。
  • 示例代码：
    • 无特定语法，仅编译器特性。
  • 注意事项：
    • 稳定性：仍在完善。
    • 启用：需配置。

三、其他特性

1. 标准库扩展

1.1 集合：List, Set, Map

  • 语法说明：
    • listOf()：不可变列表。
    • setOf()：不可变集合。
    • mapOf()：不可变映射。
    • 可变版本：mutableListOf(), mutableSetOf(), mutableMapOf()。
  • 应用场景：
    • 数据存储、查询。
  • 底层原理：
    • 基于 Java 集合类（如 ArrayList, HashSet, HashMap）。
  • 示例代码：
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fun main() {
    val list = listOf(1, 2, 3)
    val set = setOf(1, 2, 2)  // [1, 2]
    val map = mapOf("a" to 1, "b" to 2)
    val mutableList = mutableListOf(1, 2)
    mutableList.add(3)
    println("$list, $set, $map, $mutableList")
}
  • 注意事项：
    • 不可变性：listOf() 不支持修改。
    • 性能：选择合适集合类型。

1.2 字符串：String, StringBuilder

  • 语法说明：
    • String：不可变字符串。
    • StringBuilder：可变字符串缓冲区。
  • 应用场景：
    • 文本处理、动态拼接。
  • 底层原理：
    • String 映射到 java.lang.String。
    • StringBuilder 使用 java.lang.StringBuilder。
  • 示例代码：
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fun main() {
    val str = "Hello"
    val sb = StringBuilder().append("Hello").append(" World")
    println("$str, ${sb.toString()}")
}
  • 注意事项：
    • 性能：大量拼接用 StringBuilder。
    • 不可变性：String 修改生成新对象。

1.3 IO：java.io

  • 语法说明：
    • 使用 Java 的 IO 类（如 File）。
  • 应用场景：
    • 文件读写。
  • 底层原理：
    • 直接调用 Java IO 库。
  • 示例代码：
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import java.io.File
fun main() {
    File("test.txt").writeText("Hello")
    println(File("test.txt").readText())  // Hello
}
  • 注意事项：
    • 异常：需处理 IO 异常。
    • 资源：确保关闭流。

1.4 并发：kotlin.coroutines

  • 语法说明：
    • 使用 kotlinx.coroutines 提供协程支持。
  • 应用场景：
    • 异步任务、并发处理。
  • 底层原理：
    • 基于状态机和续体。
  • 示例代码：
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import kotlinx.coroutines.*
fun main() = runBlocking {
    launch {
        delay(1000L)
        println("World")
    }
    println("Hello")
}
  • 注意事项：
    • 依赖：需添加库。
    • 取消：注意协程生命周期。

2. 反射与运行时

2.1 类引用：::class

  • 语法说明：
    • 获取类的 KClass 对象。
  • 应用场景：
    • 反射、元编程。
  • 底层原理：
    • 返回运行时类引用。
  • 示例代码：
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fun main() {
    val ref = String::class
    println(ref.simpleName)  // String
}
  • 注意事项：
    • 性能：反射开销大。
    • 类型：区分 ::class 和 ::class.java。

2.2 函数引用：::function

  • 语法说明：
    • 获取函数引用。
  • 应用场景：
    • 函数式编程。
  • 底层原理：
    • 编译为函数对象。
  • 示例代码：
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fun hello() = println("Hello")
fun main() {
    val ref = ::hello
    ref()  // Hello
}
  • 注意事项：
    • 适用性：仅限顶层或成员函数。
    • 性能：避免频繁创建。

2.3 反射库：kotlin.reflect

  • 语法说明：
    • 使用 kotlin.reflect 访问类、属性等。
  • 应用场景：
    • 动态检查。
  • 底层原理：
    • 基于 JVM 反射。
  • 示例代码：
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import kotlin.reflect.full.memberProperties
data class Person(val name: String)
fun main() {
    val props = Person::class.memberProperties
    println(props.map { it.name })  // [name]
}
  • 注意事项：
    • 依赖：需添加 kotlin-reflect。
    • 开销：避免在性能敏感处使用。

3. 委托

3.1 属性委托：by lazy, by Delegates

  • 语法说明：
    • 使用 by 将属性委托给代理对象。
    • lazy：延迟初始化，线程安全。
    • Delegates.observable：属性变化监听。
  • 应用场景：
    • lazy：延迟加载资源。
    • observable：状态监听（如 UI 更新）。
  • 底层原理：
    • lazy：编译为 Lazy 对象，首次访问时初始化。
    • observable：使用 ObservableProperty 包装，调用回调。
  • 示例代码：
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import kotlin.properties.Delegates
fun main() {
    // lazy
    val lazyVal: String by lazy {
        println("Computed")
        "Lazy"
    }
    println(lazyVal)  // Computed, Lazy
    println(lazyVal)  // Lazy（不再计算）

    // observable
    var obsVal: String by Delegates.observable("Init") { property, old, new ->
        println("${property.name}: $old -> $new")
    }
    obsVal = "New"  // obsVal: Init -> New
    obsVal = "Final"  // obsVal: New -> Final
}
  • 注意事项：
    • lazy 线程安全：默认同步，需明确模式（如 LazyThreadSafetyMode.NONE）。
    • observable 开销：每次赋值触发回调，注意性能。
    • 初始化：lazy 不可重新赋值。

3.2 类委托：by

  • 语法说明：
    • 使用 by 将接口实现委托给对象。
  • 应用场景：
    • 组合优于继承、代理模式。
  • 底层原理：
    • 编译为代理调用。
  • 示例代码：
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interface Printer {
    fun print()
}
class PrinterImpl : Printer {
    override fun print() = println("Printing")
}
class Delegator(printer: Printer) : Printer by printer
fun main() {
    val delegator = Delegator(PrinterImpl())
    delegator.print()  // Printing
}
  • 注意事项：
    • 覆盖：委托后仍可重写方法。
    • 依赖：确保委托对象可靠。