Kotlin Vocabulary | 密封类 sealed class

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我们经常需要在代码中声明一些有限集合，如: 网络请求可能为成功或失败；用户账户是高级用户或普通用户。

我们可以使用枚举来实现这类模型，但枚举自身存在许多限制。枚举类型的每个值只允许有一个实例，同时枚举也无法为每个类型添加额外信息，例如，您无法为枚举中的 “Error” 添加相关的 Exception 类型数据。

当然也可以使用一个抽象类然后让一些类继承它，这样就可以随意扩展，但这会失去枚举所带来的有限集合的优势。而 sealed class (本文下称 “密封类” ) 则同时包含了前面两者的优势 —— 抽象类表示的灵活性和枚举里集合的受限性。继续阅读接下来的内容可以帮助大家更加深入地了解密封类，您也可以点击观看 视频。

密封类的基本使用

和抽象类类似，密封类可用于表示层级关系。子类可以是任意的类: 数据类、Kotlin 对象、普通的类，甚至也可以是另一个密封类。但不同于抽象类的是，您必须把层级声明在同一文件中，或者嵌套在类的内部。

// Result.kt
sealed class Result<out T : Any> {
   data class Success<out T : Any>(val data: T) : Result<T>()
   data class Error(val exception: Exception) : Result<Nothing>()
}

尝试在密封类所定义的文件外继承类 (外部继承)，则会导致编译错误:

Cannot access ‘<init>’: it is private in Result

忘记了一个分支？

在 when 语句中，我们常常需要处理所有可能的类型:

when(result) {
   is Result.Success -> { }
   is Result.Error -> { }
}

但是如果有人为 Result 类添加了一个新的类型: InProgress:

sealed class Result<out T : Any> { 
 
   data class Success<out T : Any>(val data: T) : Result<T>()
   data class Error(val exception: Exception) : Result<Nothing>()
   object InProgress : Result<Nothing>()
}

如果想要防止遗漏对新类型的处理，并不一定需要依赖我们自己去记忆或者使用 IDE 的搜索功能确认新添加的类型。使用 when 语句处理密封类时，如果没有覆盖所有情况，可以让编译器给我们一个错误提示。和 if 语句一样，when 语句在作为表达式使用时，会通过编译器报错来强制要求必须覆盖所有选项 (也就是说要穷举):

val action = when(result) {
  is Result.Success -> { }
  is Result.Error -> { }
}

当表达式必须覆盖所有选项时，添加 “is inProgress” 或者 “else” 分支。

如果想要在使用 when 语句时获得相同的编译器提示，可以添加下面的扩展属性:

val <T> T.exhaustive: T
    get() = this

这样一来，只要给 when 语句添加 “.exhaustive”，如果有分支未被覆盖，编译器就会给出之前一样的错误。

when(result){
    is Result.Success -> { }
    is Result.Error -> { }
}.exhaustive

IDE 自动补全

由于一个密封类的所有子类型都是已知的，所以 IDE 可以帮我们补全 when 语句下的所有分支:

当涉及到一个层级复杂的密封类时，这个功能会显得更加好用，因为 IDE 依然可以识别所有的分支:

sealed class Result<out T : Any> {
  data class Success<out T : Any>(val data: T) : Result<T>()
  sealed class Error(val exception: Exception) : Result<Nothing>() {
     class RecoverableError(exception: Exception) : Error(exception)
     class NonRecoverableError(exception: Exception) : Error(exception)
  }
    object InProgress : Result<Nothing>()
}

不过这个功能无法用于抽象类，因为编译器并不知道继承的层级关系，所以 IDE 也就没办法自动生成分支。

工作原理

为何密封类会拥有这些特性？下面我们来看看反编译的 Java 代码都做了什么:

sealed class Result
data class Success(val data: Any) : Result()
data class Error(val exception: Exception) : Result()
 
@Metadata(
   ...
   d2 = {"Lio/testapp/Result;", "T", "", "()V", "Error", "Success", "Lio/testapp/Result$Success;", "Lio/testapp/Result$Error;" ...}
)
 
public abstract class Result {
   private Result() {
   }
 
   // $FF: synthetic method
   public Result(DefaultConstructorMarker $constructor_marker) {
      this();
   }
}

密封类的元数据中保存了一个子类的列表，编译器可以在需要的地方使用这些信息。

Result 是一个抽象类，并且包含两个构造方法:

  • 一个私有的默认构造方法
  • 一个合成构造方法，只有 Kotlin 编译器可以使用

这意味着其他的类无法直接调用密封类的构造方法。如果我们查看 Success 类反编译后的代码，可以看到它调用了 Result 的合成构造方法:

public final class Success extends Result {
   @NotNull
   private final Object data
 
   public Success(@NotNull Object data) {
      Intrinsics.checkParameterIsNotNull(data, "data");
      super((DefaultConstructorMarker)null);
      this.data = data;
   }
}

开始使用密封类来限制类的层级关系，让编译器和 IDE 帮忙避免类型错误吧。