不了解这12个语法糖，别说你会Java！

2021-03-02    分类： 网站建设

本文从 Java 编译原理角度，深入字节码及 class 文件，抽丝剥茧，了解 Java 中的语法糖原理及用法，帮助大家在学会如何使用 Java 语法糖的同时，了解这些语法糖背后的原理。

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：

  1. public class switchDemoString { 
  2.     public static void main(String[] args) { 
  3.         String str = "world"; 
  4.         switch (str) { 
  5.         case "hello": 
  6.             System.out.println("hello"); 
  7.             break; 
  8.         case "world": 
  9.             System.out.println("world"); 
  10.             break; 
  11.         default: 
  12.             break; 
  13.         } 
  14.     } 
  15. } 

反编译后内容如下：

  1. public class switchDemoString 
  2. { 
  3.     public switchDemoString() 
  4.     { 
  5.     } 
  6.     public static void main(String args[]) 
  7.     { 
  8.         String str = "world"; 
  9.         String s; 
  10.         switch((s = str).hashCode()) 
  11.         { 
  12.         default: 
  13.             break; 
  14.         case 99162322: 
  15.             if(s.equals("hello")) 
  16.                 System.out.println("hello"); 
  17.             break; 
  18.         case 113318802: 
  19.             if(s.equals("world")) 
  20.                 System.out.println("world"); 
  21.             break; 
  22.         } 
  23.     } 
  24. } 

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。

类型擦除的主要过程如下：

1.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。

2.移除所有的类型参数。

以下代码：

  1. Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();   
  2. map.put("name", "hollis");   
  3. map.put("wechat", "Hollis");   
  4. map.put("blog", "www.hollischuang.com");   

解语法糖之后会变成：

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

以下代码：

  1. public static <A extends Comparable<A>> A max(Collection<A> xs) { 
  2.     Iterator<A> xi = xs.iterator(); 
  3.     A w = xi.next(); 
  4.     while (xi.hasNext()) { 
  5.         A x = xi.next(); 
  6.         if (w.compareTo(x) < 0) 
  7.             w = x; 
  8.     } 
  9.     return w; 
  10. } 

类型擦除后会变成：

  1. public static Comparable max(Collection xs){ 
  2.     Iterator xi = xs.iterator(); 
  3.     Comparable w = (Comparable)xi.next(); 
  4.     while(xi.hasNext()) 
  5.     { 
  6.         Comparable x = (Comparable)xi.next(); 
  7.         if(w.compareTo(x) < 0) 
  8.             w = x; 
  9.     } 
  10.     return w; 
  11. } 

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.class或是List.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：

  1. public static void main(String[] args) { 
  2.     int i = 10; 
  3.     Integer n = i; 
  4. } 

反编译后代码如下：

  1. public static void main(String args[]) 
  2. { 
  3.     int i = 10; 
  4.     Integer n = Integer.valueOf(i); 
  5. } 

再来看个自动拆箱的代码：

  1. public static void main(String[] args) { 
  2.  
  3.     Integer i = 10; 
  4.     int n = i; 
  5. } 

反编译后代码如下：

  1. public static void main(String args[]) 
  2. { 
  3.     Integer i = Integer.valueOf(10); 
  4.     int n = i.intValue(); 
  5. } 

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：

  1. public static void main(String[] args) 
  2.     { 
  3.         print("Holis", "公众号:Hollis", "博客：www.hollischuang.com", "QQ：907607222"); 
  4.     } 
  5.  
  6. public static void print(String... strs) 
  7. { 
  8.     for (int i = 0; i < strs.length; i++) 
  9.     { 
  10.         System.out.println(strs[i]); 
  11.     } 
  12. } 

反编译后代码：

  1. public static void main(String args[]) 
  2. { 
  3.     print(new String[] { 
  4.         "Holis", "\u516C\u4F17\u53F7:Hollis", "\u535A\u5BA2\uFF1Awww.hollischuang.com", "QQ\uFF1A907607222" 
  5.     }); 
  6. } 
  7.  
  8. public static transient void print(String strs[]) 
  9. { 
  10.     for(int i = 0; i < strs.length; i++) 
  11.         System.out.println(strs[i]); 
  12.  
  13. } 

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。

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。参考：Java的枚举类型用法介绍

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，我们简单的写一个枚举：

  1. public enum t { 
  2.     SPRING,SUMMER; 
  3. } 

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：

  1. public final class T extends Enum 
  2. { 
  3.     private T(String s, int i) 
  4.     { 
  5.         super(s, i); 
  6.     } 
  7.     public static T[] values() 
  8.     { 
  9.         T at[]; 
  10.         int i; 
  11.         T at1[]; 
  12.         System.arraycopy(at = ENUM$VALUES, 0, at1 = new T[i = at.length], 0, i); 
  13.         return at1; 
  14.     } 
  15.  
  16.     public static T valueOf(String s) 
  17.     { 
  18.         return (T)Enum.valueOf(demo/T, s); 
  19.     } 
  20.  
  21.     public static final T SPRING; 
  22.     public static final T SUMMER; 
  23.     private static final T ENUM$VALUES[]; 
  24.     static 
  25.     { 
  26.         SPRING = new T("SPRING", 0); 
  27.         SUMMER = new T("SUMMER", 1); 
  28.         ENUM$VALUES = (new T[] { 
  29.             SPRING, SUMMER 
  30.         }); 
  31.     } 
  32. } 

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.c

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