第 03 章 Kotlin 语言核心特性¶

// Kotlin - 数据类（一行搞定）
data class User(
    val name: String,
    val age: Int,
    val email: String
)

// Kotlin - 单例模式
object DatabaseHelper {
    // 自动线程安全
}

// Kotlin - 空安全
fun greet(user: User?) {
    // 安全调用
    val name = user?.name ?: "Guest"
    println("Hello, $name!")
}

// Kotlin - 扩展函数
fun String.addExclamation(): String = this + "!"
val greeting = "Hello".addExclamation() // "Hello!"

// Kotlin - 默认参数
fun createUser(
    name: String,
    age: Int = 18,
    email: String = ""
): User = User(name, age, email)

// 调用时可以省略默认参数
val user1 = createUser("Alice")
val user2 = createUser("Bob", 25)
val user3 = createUser("Charlie", 30, "charlie@example.com")

// 非空类型（默认）
var name: String = "Alice"
// name = null // 编译错误！

// 可空类型（显式声明）
var nickname: String? = "Ally"
nickname = null // 允许

// 安全调用操作符 ?.
val length = nickname?.length // 如果nickname为null，返回null

// Elvis操作符 ?:
val displayName = nickname ?: "Unknown" // 如果为null，使用默认值

// 非空断言 !!（谨慎使用）
val riskyLength = nickname!!.length // 如果为null，抛出NPE

// 安全转换 as?
val obj: Any = "Hello"
val str: String? = obj as? String // 如果转换失败，返回null

// ✅ 推荐：使用安全调用和Elvis操作符
fun processUser(user: User?) {
    val name = user?.name ?: return
    val email = user.email ?: throw IllegalArgumentException("Email required")

    println("Processing $name with email $email")
}

// ✅ 推荐：使用let进行空检查
user?.let { nonNullUser ->
    // 在这个作用域内，nonNullUser是非空的
    println(nonNullUser.name)
    println(nonNullUser.email)
}

// ✅ 推荐：使用also进行副作用操作
user?.also {
    analytics.trackUserView(it.id)
}?.let { process(it) }

// ❌ 避免：滥用非空断言
val length = text!!.length // 危险！

// ❌ 避免：不必要的空检查
if (user != null) {
    println(user.name) // 可以用?.let替代
}

// Java代码返回的可空类型需要特别注意
val javaString: String = javaObject.getString() // 可能运行时NPE
val safeString: String? = javaObject.getString() // 更安全

// 使用@Nullable/@NonNull注解
// Java:
// @NonNull
// public String getName() { ... }

// Kotlin会自动识别
val name: String = javaObject.name // 非空

// 显式类型声明
val name: String = "Alice"

// 类型推导
val age = 25 // 自动推导为Int
val price = 19.99 // 自动推导为Double
val isActive = true // 自动推导为Boolean

// 复杂类型推导
val users = listOf(
    User("Alice", 25),
    User("Bob", 30)
) // 自动推导为 List<User>

// 泛型类型推导
fun <T> singletonList(item: T): List<T> = listOf(item)
val stringList = singletonList("hello") // 推导为 List<String>

// 协变（Covariant）- out
interface Producer<out T> {
    fun produce(): T
    // 不能消费T
}

val stringProducer: Producer<String> = object : Producer<String> {
    override fun produce(): String = "Hello"
}
val anyProducer: Producer<Any> = stringProducer // 允许，因为String是Any的子类

// 逆变（Contravariant）- in
interface Consumer<in T> {
    fun consume(item: T)
    // 不能生产T
}

val anyConsumer: Consumer<Any> = object : Consumer<Any> {
    override fun consume(item: Any) = println(item)
}
val stringConsumer: Consumer<String> = anyConsumer // 允许

// 不变（Invariant）- 默认
interface Container<T> {
    fun produce(): T
    fun consume(item: T)
}

// 类型投影（Use-site variance）
fun copy(from: Array<out Any>, to: Array<Any>) {
    // from是协变的，只能读取
}

fun fill(dest: Array<in String>, value: String) {
    // dest是逆变的，只能写入
}

// 上界约束
fun <T : Comparable<T>> max(a: T, b: T): T {
    return if (a > b) a else b
}

// 多个约束
fun <T> process(item: T) where T : Runnable, T : Serializable {
    item.run()
}

// 具体化类型参数（reified）
inline fun <reified T> isInstance(value: Any): Boolean {
    return value is T
}

// 使用
val isString = isInstance<String>("hello") // true
val isInt = isInstance<Int>("hello") // false

// 基本函数
fun greet(name: String): String {
    return "Hello, $name!"
}

// 单表达式函数
fun greet(name: String): String = "Hello, $name!"

// 默认参数
fun greet(name: String, greeting: String = "Hello"): String {
    return "$greeting, $name!"
}

// 命名参数
greet(name = "Alice", greeting = "Hi")
greet(greeting = "Hey", name = "Bob")

// 可变参数
fun sum(vararg numbers: Int): Int {
    return numbers.sum()
}
sum(1, 2, 3, 4, 5)

// 展开操作符
val nums = intArrayOf(1, 2, 3)
sum(*nums) // 展开数组

// 函数作为参数
fun processNumbers(
    numbers: List<Int>,
    transformer: (Int) -> Int
): List<Int> {
    return numbers.map(transformer)
}

// 使用
val doubled = processNumbers(listOf(1, 2, 3)) { it * 2 }

// 函数作为返回值
fun createMultiplier(factor: Int): (Int) -> Int {
    return { number -> number * factor }
}

val triple = createMultiplier(3)
println(triple(4)) // 12

// 函数类型
val operation: (Int, Int) -> Int = { a, b -> a + b }

// 基本Lambda
val sum = { a: Int, b: Int -> a + b }

// 类型推导
val multiply: (Int, Int) -> Int = { a, b -> a * b }

// 单个参数（隐式it）
val square: (Int) -> Int = { it * it }

// 多语句Lambda
val process = { x: Int ->
    val doubled = x * 2
    val result = doubled + 10
    result // 最后一行是返回值
}

// 集合操作中的Lambda
val numbers = listOf(1, 2, 3, 4, 5)

// filter
val evens = numbers.filter { it % 2 == 0 }

// map
val squares = numbers.map { it * it }

// reduce
val sum = numbers.reduce { acc, i -> acc + i }

// fold
val product = numbers.fold(1) { acc, i -> acc * i }

// groupBy
val grouped = numbers.groupBy { it % 2 }

// sortedBy
val sorted = numbers.sortedByDescending { it }

// takeWhile
val firstThree = numbers.takeWhile { it < 4 }

// let - 转换对象，返回Lambda结果
val nameLength = user.name?.let {
    it.uppercase()
    it.length
}

// run - 执行代码块，返回Lambda结果
val result = user.run {
    println("Processing $name")
    process(this)
    name.length
}

// with - 对对象执行多个操作
with(user) {
    println(name)
    println(email)
    updateLastSeen()
}

// apply - 配置对象，返回对象本身
val dialog = AlertDialog.Builder(context).apply {
    setTitle("Confirm")
    setMessage("Are you sure?")
    setPositiveButton("Yes") { _, _ -> }
    setNegativeButton("No", null)
}.create()

// also - 执行副作用，返回对象本身
val file = File("data.txt").also {
    println("Creating file: ${it.name}")
    it.createNewFile()
}

// 对比总结
// let/run/with: 返回Lambda结果
// apply/also: 返回接收者对象
// let/also: 使用it
// run/apply/with: 使用this

import kotlinx.coroutines.*

// 启动协程
fun main() = runBlocking {
    // launch - 启动新协程，不阻塞，返回Job
    val job = launch {
        delay(1000L)
        println("World!")
    }

    println("Hello,")
    job.join() // 等待协程完成

    // async - 启动新协程，返回Deferred（可获取结果）
    val deferred = async {
        delay(1000L)
        "Result"
    }

    val result = deferred.await() // 获取结果
    println(result)
}

// 协程作用域
class MyViewModel : ViewModel() {
    fun fetchData() {
        viewModelScope.launch {
            // 在ViewModel作用域中启动协程
            // 当ViewModel清除时自动取消
        }
    }
}

// 自定义作用域
val scope = CoroutineScope(Dispatchers.Main + Job())

scope.launch {
    // 在自定义作用域中执行
}

// 取消作用域
scope.cancel()

// Dispatchers.Main - 主线程（UI操作）
launch(Dispatchers.Main) {
    updateUI()
}

// Dispatchers.IO - 磁盘/网络IO
launch(Dispatchers.IO) {
    val data = fetchFromNetwork()
}

// Dispatchers.Default - CPU密集型任务
launch(Dispatchers.Default) {
    val result = heavyComputation()
}

// Dispatchers.Unconfined - 不限制，从调用线程开始
launch(Dispatchers.Unconfined) {
    // 特殊用途，一般不使用
}

// 切换调度器
launch(Dispatchers.Main) {
    val data = withContext(Dispatchers.IO) {
        // 在IO线程执行
        fetchData()
    }
    // 回到主线程
    displayData(data)
}

import kotlinx.coroutines.flow.*

// 创建Flow
val numberFlow: Flow<Int> = flow {
    for (i in 1..5) {
        delay(100)
        emit(i) // 发射值
    }
}

// 收集Flow
lifecycleScope.launch {
    numberFlow.collect { value ->
        println(value)
    }
}

// Flow操作符
val processedFlow = numberFlow
    .map { it * it } // 转换
    .filter { it > 10 } // 过滤
    .onEach { println("Processing: $it") } // 副作用
    .catch { e -> println("Error: $e") } // 错误处理
    .flowOn(Dispatchers.IO) // 指定执行调度器

// StateFlow - 状态流（热流）
class MyViewModel : ViewModel() {
    private val _uiState = MutableStateFlow(UiState())
    val uiState: StateFlow<UiState> = _uiState.asStateFlow()

    fun updateState(newState: UiState) {
        _uiState.value = newState
    }
}

// SharedFlow - 共享流（热流）
class EventBus {
    private val _events = MutableSharedFlow<Event>()
    val events = _events.asSharedFlow()

    suspend fun emit(event: Event) {
        _events.emit(event)
    }
}

// 在Compose中收集
@Composable
fun MyScreen(viewModel: MyViewModel) {
    val uiState by viewModel.uiState.collectAsStateWithLifecycle()

    // 使用uiState更新UI
}

// try-catch
launch {
    try {
        riskyOperation()
    } catch (e: Exception) {
        println("Error: ${e.message}")
    }
}

// SupervisorJob - 子协程失败不影响其他
val supervisor = SupervisorJob()
val scope = CoroutineScope(Dispatchers.Main + supervisor)

scope.launch {
    // 子协程1
    launch {
        throw Exception("Failed")
    }

    // 子协程2 - 继续执行
    launch {
        delay(100)
        println("Still running")
    }
}

// CoroutineExceptionHandler
val handler = CoroutineExceptionHandler { _, exception ->
    println("Caught $exception")
}

val scope = CoroutineScope(Dispatchers.Main + handler)
scope.launch {
    throw Exception("Error")
}

// Flow异常处理
flow {
    emit(1)
    throw Exception("Error")
    emit(2)
}.catch { e ->
    println("Caught: $e")
    emit(-1) // 发射默认值
}.collect {
    println(it)
}

// 基本类
open class Person(
    val name: String,
    var age: Int
) {
    open fun introduce() {
        println("I'm $name, $age years old")
    }
}

// 继承
class Student(
    name: String,
    age: Int,
    val school: String
) : Person(name, age) {

    override fun introduce() {
        super.introduce()
        println("I study at $school")
    }
}

// 数据类
data class User(
    val id: String,
    val name: String,
    val email: String = "" // 默认参数
) {
    // 自动获得：equals, hashCode, toString, copy, componentN
}

// 使用数据类
val user1 = User("1", "Alice")
val user2 = user1.copy(name = "Bob") // 复制并修改
val (id, name, email) = user1 // 解构

// 密封类（Sealed Class）
sealed class Result<out T> {
    data class Success<T>(val data: T) : Result<T>()  // 泛型<T>：类型参数化
    data class Error(val exception: Exception) : Result<Nothing>()
    object Loading : Result<Nothing>()
}

// 使用密封类
fun handleResult(result: Result<String>) {
    when (result) {
        is Result.Success -> println("Data: ${result.data}")
        is Result.Error -> println("Error: ${result.exception}")
        Result.Loading -> println("Loading...")
    }
}

// 枚举类
enum class Status {
    PENDING,
    PROCESSING,
    COMPLETED,
    FAILED;

    fun isTerminal() = this == COMPLETED || this == FAILED
}

// 带属性的枚举
enum class Priority(val value: Int) {
    LOW(1),
    MEDIUM(2),
    HIGH(3)
}

// 接口
interface Drawable {
    fun draw()
    fun resize() { // 默认实现
        println("Default resize")
    }
}

interface Clickable {
    fun click()
}

// 实现多个接口
class Button : Drawable, Clickable {
    override fun draw() {
        println("Drawing button")
    }

    override fun click() {
        println("Button clicked")
    }
}

// 解决冲突
class CustomView : Drawable, Clickable {
    override fun draw() {
        super<Drawable>.resize() // 调用指定接口的默认实现
    }

    override fun click() {}
}

// 抽象类
abstract class Shape {
    abstract fun area(): Double

    fun printArea() {
        println("Area: ${area()}")
    }
}

class Circle(val radius: Double) : Shape() {
    override fun area(): Double = Math.PI * radius * radius
}

// 不可变性
val immutableList = listOf(1, 2, 3)
// immutableList.add(4) // 错误！

val mutableList = mutableListOf(1, 2, 3)
mutableList.add(4) // 允许

// 纯函数
fun pureAdd(a: Int, b: Int): Int = a + b // 无副作用，相同输入总是相同输出

// 不可变数据操作
val numbers = listOf(1, 2, 3, 4, 5)

// 不改变原列表，返回新列表
val doubled = numbers.map { it * 2 }
val evens = numbers.filter { it % 2 == 0 }
val sum = numbers.fold(0) { acc, n -> acc + n }

// 函数组合
fun <A, B, C> compose(
    f: (B) -> C,
    g: (A) -> B
): (A) -> C = { x -> f(g(x)) }

val addOne = { x: Int -> x + 1 }
val double = { x: Int -> x * 2 }
val addOneThenDouble = compose(double, addOne)

println(addOneThenDouble(3)) // (3 + 1) * 2 = 8

// 部分应用（Partial Application）
fun <A, B, C> ((A, B) -> C).partial(a: A): (B) -> C {
    return { b -> this(a, b) }
}

fun add(a: Int, b: Int) = a + b
val addFive = ::add.partial(5)
println(addFive(3)) // 8

// 柯里化（Currying）
fun <A, B, C> ((A, B) -> C).curry(): (A) -> (B) -> C {
    return { a -> { b -> this(a, b) } }
}

val curriedAdd = ::add.curry()
val addTen = curriedAdd(10)
println(addTen(5)) // 15

// HTML DSL示例
abstract class Tag(val name: String) {
    val children = mutableListOf<Tag>()
    val attributes = mutableMapOf<String, String>()

    protected fun <T : Tag> initTag(tag: T, init: T.() -> Unit): T {
        tag.init()
        children.add(tag)
        return tag
    }

    override fun toString(): String {
        val attrs = if (attributes.isEmpty()) ""
                   else attributes.map { "${it.key}='${it.value}'" }.joinToString(" ", " ")
        val content = children.joinToString("")
        return "<$name$attrs>$content</$name>"
    }
}

class HTML : Tag("html") {
    fun head(init: Head.() -> Unit) = initTag(Head(), init)
    fun body(init: Body.() -> Unit) = initTag(Body(), init)
}

class Head : Tag("head") {
    fun title(init: Title.() -> Unit) = initTag(Title(), init)
}

class Title : Tag("title") {
    operator fun String.unaryPlus() {
        children.add(Text(this))
    }
}

class Body : Tag("body") {
    fun h1(init: H1.() -> Unit) = initTag(H1(), init)
    fun p(init: P.() -> Unit) = initTag(P(), init)
}

class H1 : Tag("h1") {
    operator fun String.unaryPlus() {
        children.add(Text(this))
    }
}

class P : Tag("p") {
    operator fun String.unaryPlus() {
        children.add(Text(this))
    }
}

class Text(private val text: String) : Tag("") {
    override fun toString() = text
}

fun html(init: HTML.() -> Unit): HTML {
    val html = HTML()
    html.init()
    return html
}

// 使用DSL
val document = html {
    head {
        title { +"My Page" }
    }
    body {
        h1 { +"Welcome" }
        p { +"This is a DSL example" }
    }
}

println(document)
// 输出: <html><head><title>My Page</title></head><body><h1>Welcome</h1><p>This is a DSL example</p></body></html>

// build.gradle.kts
plugins {
    id("com.android.application")
    id("org.jetbrains.kotlin.android")
    id("org.jetbrains.kotlin.plugin.compose") // Kotlin 2.0+ Compose 编译器插件
}

android {
    namespace = "com.example.app"
    compileSdk = 35

    defaultConfig {
        applicationId = "com.example.app"
        minSdk = 24
        targetSdk = 35
        versionCode = 1
        versionName = "1.0"
    }

    buildTypes {
        release {
            isMinifyEnabled = true
            proguardFiles(
                getDefaultProguardFile("proguard-android-optimize.txt"),
                "proguard-rules.pro"
            )
        }
    }

    buildFeatures {
        compose = true
    }
    // Kotlin 2.0+ 无需 composeOptions，Compose 编译器版本由 kotlin.plugin.compose 插件管理
}

dependencies {
    implementation("androidx.core:core-ktx:1.12.0")
    implementation("androidx.compose.ui:ui:1.5.4")

    // 使用lambda配置依赖
    val composeBom = platform("androidx.compose:compose-bom:2024.02.01")
    implementation(composeBom)
    androidTestImplementation(composeBom)
}

// Jetpack Compose就是Kotlin DSL的完美示例
@Composable
fun MyScreen(viewModel: MyViewModel = hiltViewModel()) {
    val uiState by viewModel.uiState.collectAsState()

    Column(
        modifier = Modifier
            .fillMaxSize()
            .padding(16.dp),
        verticalArrangement = Arrangement.spacedBy(8.dp)
    ) {
        Text(
            text = "Hello, ${uiState.userName}!",
            style = MaterialTheme.typography.headlineMedium
        )

        Button(
            onClick = { viewModel.onRefresh() },
            modifier = Modifier.fillMaxWidth()
        ) {
            Text("Refresh")
        }

        when {
            uiState.isLoading -> CircularProgressIndicator()
            uiState.error != null -> ErrorMessage(uiState.error)
            else -> ContentList(uiState.items)
        }
    }
}

// gradle.properties
kotlin.experimental.tryK2=true

// 或者在build.gradle.kts中
kotlin {
    compilerOptions {
        languageVersion = org.jetbrains.kotlin.gradle.dsl.KotlinVersion.KOTLIN_2_0
    }
}

// Kotlin 2.0之前 - 需要复制所有属性
data class User(
    val name: String,
    val age: Int,
    val email: String
)

val user = User("Alice", 30, "alice@example.com")
val updatedUser = user.copy(age = 31) // 其他属性保持不变

// Kotlin 2.0 - 支持在copy中使用命名参数
// 现在可以在copy中更灵活地处理默认值

// Kotlin 2.0支持在密封类和枚举中使用数据对象
sealed interface Error  // interface定义类型契约

// 数据对象自动生成equals/hashCode/toString
data object NetworkError : Error
data object DatabaseError : Error
data class ValidationError(val field: String) : Error

// Kotlin 2.0改进了类型推导
val list = buildList {
    add("hello") // 自动推导为MutableList<String>
    add("world")
}

// Lambda返回类型推导改进
val transform = when (condition) {
    true -> { x: Int -> x * 2 }
    false -> { x: Int -> x + 1 }
} // 编译器能正确推导类型

// build.gradle.kts (项目级)
plugins {
    id("com.android.application") version "8.5.0" apply false
    id("org.jetbrains.kotlin.android") version "2.0.0" apply false
}

// build.gradle.kts (模块级)
android {
    kotlinOptions {
        jvmTarget = "17"
        freeCompilerArgs += "-Xjdk-release=17"
    }
}

sealed class Result<out T> {
    // 实现Success和Error子类
    // 实现map、flatMap、getOrElse等方法
}

// 使用示例
fun fetchUser(id: String): Result<User> {
    return try {  // try/catch捕获异常
        val user = api.getUser(id)
        Result.Success(user)
    } catch (e: Exception) {
        Result.Error(e)
    }
}

// 链式操作
fetchUser("123")
    .map { it.name }
    .getOrElse { "Unknown" }

class DataLoader {
    suspend fun loadUserData(userId: String): UserData {
        // 并行加载用户基本信息、订单、设置
        // 使用async和await
        // 处理异常
    }
}

// 测试
runBlocking {
    val data = DataLoader().loadUserData("123")
    println(data)
}

// 目标DSL
val request = httpRequest {
    url = "https://api.example.com/users"
    method = HttpMethod.GET
    headers {
        "Authorization" to "Bearer token"
        "Content-Type" to "application/json"
    }
    queryParams {
        "page" to "1"
        "limit" to "10"
    }
}

// 实现DSL构建器