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07 | 函数、类与运算符:Dart是如何处理信息的?

<p>陈航 2019-07-13</p> <p><img src="https://static001.geekbang.org/resource/image/67/e6/67ce30bae9eff2655c8030a7bc61e9e6.jpg" alt="" /></p> <div class="_1kh1ihh6_0"> 你好,我是陈航。 在上一篇文章中,我通过一个基本 hello word 的示例,带你体验了 Dart 的基础语法与类型变量,并与其他编程语言的特性进行对比,希望可以帮助你快速建立起对 Dart 的初步印象。 其实,编程语言虽然千差万别,但归根结底,它们的设计思想无非就是回答两个问题: * 如何表示信息; * 如何处理信息。 在上一篇文章中,我们已经解决了 Dart 如何表示信息的问题,今天这篇文章我就着重和你分享它是如何处理信息的。 作为一门真正面向对象的编程语言,Dart 将处理信息的过程抽象为了对象,以结构化的方式将功能分解,而函数、类与运算符就是抽象中最重要的手段。 接下来,我就从函数、类与运算符的角度,来进一步和你讲述 Dart 面向对象设计的基本思路。 ## 函数 函数是一段用来独立地完成某个功能的代码。我在上一篇文章中和你提到,在 Dart 中,所有类型都是对象类型,函数也是对象,它的类型叫作 Function。这意味着函数也可以被定义为变量,甚至可以被定义为参数传递给另一个函数。 在下面这段代码示例中,我定义了一个判断整数是否为 0 的 isZero 函数,并把它传递了给另一个 printInfo 函数,完成格式化打印出判断结果的功能。 ``` bool isZero(int number) { // 判断整数是否为 0 return number == 0; } void printInfo(int number,Function check) { // 用 check 函数来判断整数是否为 0 print("$number is Zero: ${check(number)}"); } Function f = isZero; int x = 10; int y = 0; printInfo(x,f); // 输出 10 is Zero: false printInfo(y,f); // 输出 0 is Zero: true ``` <!-- [[[read_end]]] --> 如果函数体只有一行表达式,就比如上面示例中的 isZero 和 printInfo 函数,我们还可以像 JavaScript 语言那样用箭头函数来简化这个函数: ``` bool isZero(int number) => number == 0; void printInfo(int number,Function check) => print("$number is Zero: ${check(number)}"); ``` 有时,一个函数中可能需要传递多个参数。那么,如何让这类函数的参数声明变得更加优雅、可维护,同时降低调用者的使用成本呢? C++ 与 Java 的做法是,提供函数的重载,即提供同名但参数不同的函数。但**Dart 认为重载会导致混乱,因此从设计之初就不支持重载,而是提供了可选命名参数和可选参数**。 具体方式是,在声明函数时: * 给参数增加{},以 paramName: value 的方式指定调用参数,也就是可选命名参数; * 给参数增加 [],则意味着这些参数是可以忽略的,也就是可选参数。 在使用这两种方式定义函数时,我们还可以在参数未传递时设置默认值。我以一个只有两个参数的简单函数为例,来和你说明这两种方式的具体用法: ``` // 要达到可选命名参数的用法,那就在定义函数的时候给参数加上 {} void enable1Flags({bool bold, bool hidden}) => print("$bold , $hidden"); // 定义可选命名参数时增加默认值 void enable2Flags({bool bold = true, bool hidden = false}) => print("$bold ,$hidden"); // 可忽略的参数在函数定义时用 [] 符号指定 void enable3Flags(bool bold, [bool hidden]) => print("$bold ,$hidden"); // 定义可忽略参数时增加默认值 void enable4Flags(bool bold, [bool hidden = false]) => print("$bold ,$hidden"); // 可选命名参数函数调用 enable1Flags(bold: true, hidden: false); //true, false enable1Flags(bold: true); //true, null enable2Flags(bold: false); //false, false // 可忽略参数函数调用 enable3Flags(true, false); //true, false enable3Flags(true,); //true, null enable4Flags(true); //true, false enable4Flags(true,true); // true, true ``` **这里我要和你强调的是,在 Flutter 中会大量用到可选命名参数的方式,你一定要记住它的用法。** ## 类 类是特定类型的数据和方法的集合,也是创建对象的模板。与其他语言一样,Dart 为类概念提供了内置支持。 ### 类的定义及初始化 Dart 是面向对象的语言,每个对象都是一个类的实例,都继承自顶层类型 Object。在 Dart 中,实例变量与实例方法、类变量与类方法的声明与 Java 类似,我就不再过多展开了。 值得一提的是,Dart 中并没有 public、protected、private 这些关键字,我们只要在声明变量与方法时,在前面加上“_”即可作为 private 方法使用。如果不加“_”,则默认为 public。不过,**“_”的限制范围并不是类访问级别的,而是库访问级别**。 接下来,我们以一个具体的案例看看**Dart 是如何定义和使用类的。** 我在 Point 类中,定义了两个成员变量 x 和 y,通过构造函数语法糖进行初始化,成员函数 printInfo 的作用是打印它们的信息;而类变量 factor,则在声明时就已经赋好了默认值 0,类函数 printZValue 会打印出它的信息。 ``` class Point { num x, y; static num factor = 0; // 语法糖,等同于在函数体内:this.x = x;this.y = y; Point(this.x,this.y); void printInfo() => print('($x, $y)'); static void printZValue() => print('$factor'); } var p = new Point(100,200); // new 关键字可以省略 p.printInfo(); // 输出 (100, 200); Point.factor = 10; Point.printZValue(); // 输出 10 ``` 有时候类的实例化需要根据参数提供多种初始化方式。除了可选命名参数和可选参数之外,Dart 还提供了**命名构造函数**的方式,使得类的实例化过程语义更清晰。 此外,**与 C++ 类似,Dart 支持初始化列表**。在构造函数的函数体真正执行之前,你还有机会给实例变量赋值,甚至重定向至另一个构造函数。 如下面实例所示,Point 类中有两个构造函数 Point.bottom 与 Point,其中:Point.bottom 将其成员变量的初始化重定向到了 Point 中,而 Point 则在初始化列表中为 z 赋上了默认值 0。 ``` class Point { num x, y, z; Point(this.x, this.y) : z = 0; // 初始化变量 z Point.bottom(num x) : this(x, 0); // 重定向构造函数 void printInfo() => print('($x,$y,$z)'); } var p = Point.bottom(100); p.printInfo(); // 输出 (100,0,0) ``` ### 复用 在面向对象的编程语言中,将其他类的变量与方法纳入本类中进行复用的方式一般有两种:**继承父类和接口实现**。当然,在 Dart 也不例外。 在 Dart 中,你可以对同一个父类进行继承或接口实现: * 继承父类意味着,子类由父类派生,会自动获取父类的成员变量和方法实现,子类可以根据需要覆写构造函数及父类方法; * 接口实现则意味着,子类获取到的仅仅是接口的成员变量符号和方法符号,需要重新实现成员变量,以及方法的声明和初始化,否则编译器会报错。 接下来,我以一个例子和你说明**在 Dart 中继承和接口的差别**。 Vector 通过继承 Point 的方式增加了成员变量,并覆写了 printInfo 的实现;而 Coordinate,则通过接口实现的方式,覆写了 Point 的变量定义及函数实现: ``` class Point { num x = 0, y = 0; void printInfo() => print('($x,$y)'); } //Vector 继承自 Point class Vector extends Point{ num z = 0; @override void printInfo() => print('($x,$y,$z)'); // 覆写了 printInfo 实现 } //Coordinate 是对 Point 的接口实现 class Coordinate implements Point { num x = 0, y = 0; // 成员变量需要重新声明 void printInfo() => print('($x,$y)'); // 成员函数需要重新声明实现 } var xxx = Vector(); xxx ..x = 1 ..y = 2 ..z = 3; // 级联运算符,等同于 xxx.x=1; xxx.y=2;xxx.z=3; xxx.printInfo(); // 输出 (1,2,3) var yyy = Coordinate(); yyy ..x = 1 ..y = 2; // 级联运算符,等同于 yyy.x=1; yyy.y=2; yyy.printInfo(); // 输出 (1,2) print (yyy is Point); //true print(yyy is Coordinate); //true ``` 可以看出,子类 Coordinate 采用接口实现的方式,仅仅是获取到了父类 Point 的一个“空壳子”,只能从语义层面当成接口 Point 来用,但并不能复用 Point 的原有实现。那么,**我们是否能够找到方法去复用 Point 的对应方法实现呢?** 也许你很快就想到了,我可以让 Coordinate 继承 Point,来复用其对应的方法。但,如果 Coordinate 还有其他的父类,我们又该如何处理呢? 其实,**除了继承和接口实现之外,Dart 还提供了另一种机制来实现类的复用,即“混入”(Mixin)**。混入鼓励代码重用,可以被视为具有实现方法的接口。这样一来,不仅可以解决 Dart 缺少对多重继承的支持问题,还能够避免由于多重继承可能导致的歧义(菱形问题)。 > 备注:继承歧义,也叫菱形问题,是支持多继承的编程语言中一个相当棘手的问题。当 B 类和 C 类继承自 A 类,而 D 类继承自 B 类和 C 类时会产生歧义。如果 A 中有一个方法在 B 和 C 中已经覆写,而 D 没有覆写它,那么 D 继承的方法的版本是 B 类,还是 C 类的呢? **要使用混入,只需要 with 关键字即可。**我们来试着改造 Coordinate 的实现,把类中的变量声明和函数实现全部删掉: ``` class Coordinate with Point { } var yyy = Coordinate(); print (yyy is Point); //true print(yyy is Coordinate); //true ``` 可以看到,通过混入,一个类里可以以非继承的方式使用其他类中的变量与方法,效果正如你想象的那样。 ## 运算符 Dart 和绝大部分编程语言的运算符一样,所以你可以用熟悉的方式去执行程序代码运算。不过,**Dart 多了几个额外的运算符,用于简化处理变量实例缺失(即 null)的情况**。 * **?.**运算符:假设 Point 类有 printInfo() 方法,p 是 Point 的一个可能为 null 的实例。那么,p 调用成员方法的安全代码,可以简化为 p?.printInfo() ,表示 p 为 null 的时候跳过,避免抛出异常。 * **??=** 运算符:如果 a 为 null,则给 a 赋值 value,否则跳过。这种用默认值兜底的赋值语句在 Dart 中我们可以用 a ??= value 表示。 * **??**运算符:如果 a 不为 null,返回 a 的值,否则返回 b。在 Java 或者 C++ 中,我们需要通过三元表达式 (a != null)? a : b 来实现这种情况。而在 Dart 中,这类代码可以简化为 a ?? b。 **在 Dart 中,一切都是对象,就连运算符也是对象成员函数的一部分。** 对于系统的运算符,一般情况下只支持基本数据类型和标准库中提供的类型。而对于用户自定义的类,如果想支持基本操作,比如比较大小、相加相减等,则需要用户自己来定义关于这个运算符的具体实现。 **Dart 提供了类似 C++ 的运算符覆写机制**,使得我们不仅可以覆写方法,还可以覆写或者自定义运算符。 接下来,我们一起看一个 Vector 类中自定义“+”运算符和覆写"=="运算符的例子: ``` class Vector { num x, y; Vector(this.x, this.y); // 自定义相加运算符,实现向量相加 Vector operator +(Vector v) => Vector(x + v.x, y + v.y); // 覆写相等运算符,判断向量相等 bool operator == (dynamic v) => x == v.x && y == v.y; } final x = Vector(3, 3); final y = Vector(2, 2); final z = Vector(1, 1); print(x == (y + z)); // 输出 true ``` operator 是 Dart 的关键字,与运算符一起使用,表示一个类成员运算符函数。在理解时,我们应该把 operator 和运算符作为整体,看作是一个成员函数名。 ## 总结 函数、类与运算符是 Dart 处理信息的抽象手段。从今天的学习中你可以发现,Dart 面向对象的设计吸纳了其他编程语言的优点,表达和处理信息的方式既简单又简洁,但又不失强大。 通过这两篇文章的内容,相信你已经了解了 Dart 的基本设计思路,熟悉了在 Flutter 开发中常用的语法特性,也已经具备了快速上手实践的能力。 接下来,我们简单回顾一下今天的内容,以便加深记忆与理解。 首先,我们认识了函数。函数也是对象,可以被定义为变量,或者参数。Dart 不支持函数重载,但提供了可选命名参数和可选参数的方式,从而解决了函数声明时需要传递多个参数的可维护性。 然后,我带你学习了类。类提供了数据和函数的抽象复用能力,可以通过继承(父类继承,接口实现)和非继承(Mixin)方式实现复用。在类的内部,关于成员变量,Dart 提供了包括命名构造函数和初始化列表在内的两种初始化方式。 最后,需要注意的是,运算符也是对象成员函数的一部分,可以覆写或者自定义。 ## 思考题 最后,请你思考以下两个问题。 1. 你是怎样理解父类继承,接口实现和混入的?我们应该在什么场景下使用它们? 2. 在父类继承的场景中,父类子类之间的构造函数执行顺序是怎样的?如果父类有多个构造函数,子类也有多个构造函数,如何从代码层面确保父类子类之间构造函数的正确调用? ``` class Point { num x, y; Point() : this.make(0,0); Point.left(x) : this.make(x,0); Point.right(y) : this.make(0,y); Point.make(this.x, this.y); void printInfo() => print('($x,$y)'); } class Vector extends Point{ num z = 0; /*5 个构造函数 Vector Vector.left; Vector.middle Vector.right Vector.make */ @override void printInfo() => print('($x,$y,$z)'); // 覆写了 printInfo 实现 } ```

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