Kotlin 的高階函數、匿名函數和 Lambda 表達式 · Kotin知識點難點歸納總結

原文章出處：[Kotlin 的 Lambda 表達式，大多數人學得連皮毛都不算](https://kaixue.io/kotlin-lambda/) ## Kotlin 的高階函數 Kotlin很方便，但有時候也讓人頭疼，而且越方便的地方越讓人頭疼，比如 Lambda 表達式。很多人因為 Lambda 而被 Kotlin 吸引，但很多人也因為 Lambda 而被 Kotlin 嚇跑。其實大多數已經用了很久 Kotlin 的人，對 Lambda 也只會簡單使用而已，甚至相當一部分人不靠開發工具的自動補全功能，根本就完全不會寫 Lambda。今天我就來跟大家嘮一嘮 Lambda。不過，要講 Lambda，我們得先從 Kotlin 的高階函數——Higher-Order Function 說起。在 Java 里，如果你有一個 a 方法需要調用另一個 b 方法，你在里面調用就可以； ~~~kotlin int a() { return b(1); } a(); ~~~ 而如果你想在 a 調用時可以動態地設置 b 方法的參數，你就得把參數傳給 a，再從 a 的內部把參數傳給 b： ~~~kotlin int a(int param) { return b(param); } a(1); // 內部調用 b(1) a(2); // 內部調用 b(2) ~~~ 這都可以做到，不過……如果我想動態設置的不是方法參數，而是方法本身呢？比如我在 a 的內部有一處對別的方法的調用，這個方法可能是 b，可能是 c，不一定是誰，我只知道，我在這里有一個調用，它的參數類型是 int ，返回值類型也是 int ，而具體在 a 執行的時候內部調用哪個方法，我希望可以動態設置： ~~~kotlin int a(??? method) { return method(1); } a(method1); a(method2); ~~~ 或者說，我想把方法作為參數傳到另一個方法里，這個……可以做到嗎？不行，也行。在 Java 里是不允許把方法作為參數傳遞的，但是我們**有一個歷史悠久的變通方案：接口**。我們可以通過接口的方式來把方法包裝起來： ~~~java public interface Wrapper { int method(int param); } ~~~ 然后把這個接口的類型作為外部方法的參數類型： ~~~java int a(Wrapper wrapper) { return wrapper.method(1); } ~~~ 在調用外部方法時，傳遞接口的對象來作為參數： ~~~java a(wrapper1); a(wrapper2); ~~~ 如果到這里你覺得聽暈了，我換個寫法你再感受一下：我們在用戶發生點擊行為的時候會觸發點擊事件： ~~~java // 注：這是簡化后的代碼，不是 View.java 類的源碼 public class View { OnClickListener mOnClickListener; ... public void onTouchEvent(MotionEvent e) { ... mOnClickListener.onClick(this); ... } } ~~~ 所謂的點擊事件，最核心的內容就是調用內部的一個 OnClickListener 的 onClick() 方法： ~~~java public interface OnClickListener { void onClick(View v); } ~~~ **而所謂的這個 OnClickListener 其實只是一個殼，它的核心全在內部那個 onClick() 方法。換句話說，我們傳過來一個 OnClickListener**： ~~~java OnClickListener listener1 = new OnClickListener() { @Override void onClick(View v) { doSomething(); } }; view.setOnClickListener(listener1); ~~~ **本質上其實是傳過來一個可以在稍后被調用的方法（onClick()）。只不過因為 Java 不允許傳遞方法，所以我們才把它包進了一個對象里來進行傳遞。而在 Kotlin 里面，函數的參數也可以是函數類型的**： ~~~kotlin fun a(funParam: Fun): String { return funParam(1); } ~~~ 當一個函數含有函數類型的參數的時候——這句話有點繞啊——如果你調用它，你就可以——當然你也必須——傳入一個函數類型的對象給它； ~~~kotlin fun b(param: Int): String { return param.toString() } a(b) ~~~ 不過在具體的寫法上并沒有我的示例這么粗暴。首先我寫的這個 Fun 作為函數類型其實是錯的，Kotlin 里并沒有這么一種類型來標記這個變量是個「函數類型」。因為函數類型不是一「個」類型，而是一「類」類型，**因為函數類型可以有各種各樣不同的參數和返回值的類型的搭配，這些搭配屬于不同的函數類型**。例如，無參數無返回值（() -> Unit）和單 Int 型參數返回 String （Int -> String）是兩種不同的類型，這個很好理解，就好像 Int 和 String 是兩個不同的類型。所以**不能只用 Fun 這個詞來表示「這個參數是個函數類型」，就好像不能用 Class 這個詞來表示「這個參數是某個類」，因為你需要指定，具體是哪種函數類型，或者說這個函數類型的參數，它的參數類型是什么、返回值類型是什么，而不能籠統地一句說「它是函數類型」就完了**。所以**對于函數類型的參數，你要指明它有幾個參數、參數的類型是什么以及返回值類型是什么**，那么寫下來就大概是這個樣子： ~~~kotlin fun a(funParam: (Int) -> String): String { return funParam(1) } ~~~ 看著有點可怕。但是只有這樣寫，調用的人才知道應該傳一個怎樣的函數類型的參數給你。同樣的，函數類型不只可以作為函數的參數類型，還可以作為函數的返回值類型： ~~~kotlin fun c(param: Int): (Int) -> Unit { ... } ~~~ **這種「參數或者返回值為函數類型的函數」，在 Kotlin 中就被稱為「高階函數」**——Higher-Order Functions。這個所謂的「高階」，總給人一種神秘感：階是什么？哪里高了？其實沒有那么復雜，高階函數這個概念源自數學中的高階函數。在數學里，如果一個函數使用函數作為它的參數或者結果，它就被稱作是一個「高階函數」。比如求導就是一個典型的例子：你對 f(x) = x 這個函數求導，結果是 1；對 f(x) = x2 這個函數求導，結果是 2x。很明顯，求導函數的參數和結果都是函數，其中 f(x) 的導數是 1 這其實也是一個函數，只不過是一個結果恒為 1 的函數，所以——啊講岔了，總之，**Kotlin 里，這種參數有函數類型或者返回值是函數類型的函數，都叫做高階函數**，這只是個對這一類函數的稱呼，沒有任何特殊性，Kotlin 的高階函數沒有任何特殊功能，這是我想說的。另外，除了作為函數的參數和返回值類型，你把它賦值給一個變量也是可以的。 **不過對于一個聲明好的函數，不管是你要把它作為參數傳遞給函數，還是要把它賦值給變量，都得在函數名的左邊加上雙冒號才行**： ~~~kotlin a(::b) val d = ::b ~~~ 這……是為什么呢？ ## 雙冒號 ::method 到底是什么？如果你上網搜，你會看到這個雙冒號的寫法叫做函數引用 Function Reference，這是 Kotlin 官方的說法。但是這又表示什么意思？表示它指向上面的函數？那既然都是一個東西，為什么不直接寫函數名，而要加兩個冒號呢？ **因為加了兩個冒號，這個函數才變成了一個對象**。什么意思？ **Kotlin 里「函數可以作為參數」這件事的本質，是函數在 Kotlin 里可以作為對象存在——因為只有對象才能被作為參數傳遞啊。賦值也是一樣道理，只有對象才能被賦值給變量啊。但 Kotlin 的函數本身的性質又決定了它沒辦法被當做一個對象。那怎么辦呢？Kotlin 的選擇是，那就創建一個和函數具有相同功能的對象。怎么創建？使用雙冒號。在 Kotlin 里，一個函數名的左邊加上雙冒號，它就不表示這個函數本身了，而表示一個對象，或者說一個指向對象的引用，但，這個對象可不是函數本身，而是一個和這個函數具有相同功能的對象**。怎么個相同法呢？你可以怎么用函數，就能怎么用這個加了雙冒號的對象： ~~~kotlin b(1) // 調用函數 d(1) // 用對象 a 后面加上括號來實現 b() 的等價操作 (::b)(1) // 用對象 :b 后面加上括號來實現 b() 的等價操作 ~~~ 但我再說一遍，**這個雙冒號的這個東西，它不是一個函數，而是一個對象，一個函數類型的對象**。 **對象是不能加個括號來調用的，對吧？但是函數類型的對象可以。為什么？因為這其實是個假的調用，它是 Kotlin 的語法糖，實際上你對一個函數類型的對象加括號、加參數，它真正調用的是這個對象的 invoke() 函數**： ~~~kotlin d(1) // 實際上會調用 d.invoke(1) (::b)(1) // 實際上會調用 (::b).invoke(1) ~~~ 所以**你可以對一個函數類型的對象調用 invoke()，但不能對一個函數這么做**： ~~~kotlin b.invoke(1) // 報錯 ~~~ 為什么？因為**只有函數類型的對象有這個自帶的 invoke() 可以用，而函數，不是函數類型的對象**。那它是什么類型的？它什么類型也不是。**函數不是對象，它也沒有類型，函數就是函數，它和對象是兩個維度的東西**。 **包括雙冒號加上函數名的這個寫法，它是一個指向對象的引用，但并不是指向函數本身，而是指向一個我們在代碼里看不見的對象。這個對象復制了原函數的功能，但它并不是原函數**。 > 這個……是底層的邏輯，但我知道這個有什么用呢？這個知識能幫你解開 Kotlin 的高階函數以及接下來我馬上要講的匿名函數、Lambda 相關的大部分迷惑。比如我在代碼里有這么幾行： ~~~kotlin fun b(param: Int): String { return param.toString() } val d = ::b ~~~ 那我如果想把 d 賦值給一個新的變量 e： ~~~kotlin val e = d ~~~ 我等號右邊的 d，應該加雙冒號還是不加呢？不用試，也不用搜，想一想：這是個賦值操作對吧？賦值操作的右邊是個對象對吧？d 是對象嗎？當然是了，b 不是對象是因為它來自函數名，但 **d 已經是個對象了，所以直接寫就行了**。 ## 匿名函數我們繼續講。 **要傳一個函數類型的參數，或者把一個函數類型的對象賦值給變量，除了用雙冒號來拿現成的函數使用，你還可以直接把這個函數挪過來寫**： ~~~kotlin a(fun b(param: Int): String { return param.toString() }); val d = fun b(param: Int): String { return param.toString() } ~~~ 另外，這種寫法的話，函數的名字其實就沒用了，所以你可以把它省掉： ~~~kotlin a(fun(param: Int): String { return param.toString() }); val d = fun(param: Int): String { return param.toString() } ~~~ 這種寫法叫做**匿名函數**。為什么叫匿名函數？很簡單，**因為它沒有名字唄，對吧。等號左邊的不是函數的名字啊，它是變量的名字。這個變量的類型是一種函數類型，具體到我們的示例代碼來說是一種只有一個參數、參數類型是 Int、并且返回值類型為 String 的函數類型**。另外呢，**其實剛才那種左邊右邊都有名字的寫法，Kotlin 是不允許的。右邊的函數既然要名字也沒有用，Kotlin 干脆就不許它有名字了**。所以，如果你在 Java 里設計一個回調的時候是這么設計的： ~~~java public interface OnClickListener { void onClick(View v); } public void setOnClickListener(OnClickListener listener) { this.listener = listener; } ~~~ 使用的時候是這么用的： ~~~java view.setOnClickListener(new OnClickListener() { @Override void onClick(View v) { switchToNextPage(); } }); ~~~ 到了 Kotlin 里就可以改成這么寫了： ~~~kotlin fun setOnClickListener(onClick: (View) -> Unit) { this.onClick = onClick } view.setOnClickListener(fun(v: View): Unit) { switchToNextPage() }) ~~~ 簡單一點哈？另外**大多數（幾乎所有）情況下，匿名函數還能更簡化一點，寫成 Lambda 表達式的形式**： ~~~kotlin view.setOnClickListener({ v: View -> switchToNextPage() }) ~~~ ## Lambda 表達式終于講到 Lambda 了。如果 Lambda 是函數的最后一個參數，你可以把 Lambda 寫在括號的外面： ~~~kotlin view.setOnClickListener() { v: View -> switchToNextPage() } ~~~ 而如果 Lambda 是函數唯一的參數，你還可以直接把括號去了： ~~~kotlin view.setOnClickListener { v: View -> switchToNextPage() } ~~~ 另外，如果這個 Lambda 是單參數的，它的這個參數也省略掉不寫： ~~~kotlin view.setOnClickListener { switchToNextPage() } ~~~ 哎，**不錯，單參數的時候只要不用這個參數就可以直接不寫了。其實就算用，也可以不寫，因為 Kotlin 的 Lambda 對于省略的唯一參數有默認的名字：it**： ~~~kotlin view.setOnClickListener { switchToNextPage() it.setVisibility(GONE) } ~~~ 有點爽哈？不過我們先停下想一想：這個 Lambda 這也不寫那也不寫的……它不迷茫嗎？**它是怎么知道自己的參數類型和返回值類型的？** **靠上下文的推斷**。我調用的函數在聲明的地方有明確的參數信息吧？ ~~~kotlin fun setOnClickListener(onClick: (View) -> Unit) { this.onClick = onClick } ~~~ 這里面把這個參數的參數類型和返回值寫得清清楚楚吧？所以 Lambda 才不用寫的。所以，**當你要把一個匿名函數賦值給變量而不是作為函數參數傳遞的時候**： ~~~kotlin val b = fun(param: Int): String { return param.toString() } ~~~ 如果也簡寫成 Lambda 的形式： ~~~kotlin val b = { param: Int -> return param.toString() } ~~~ **就不能省略掉 Lambda 的參數類型了**： ~~~kotlin val b = { return it.toString() // it 報錯 } ~~~ 為什么？因為**它無法從上下文中推斷出這個參數的類型啊**！ **如果你出于場景的需求或者個人偏好，就是想在這里省掉參數類型，那你需要給左邊的變量指明類型**： ~~~kotlin val b: (Int) -> String = { return it.toString() // it 可以被推斷出是 Int 類型 } ~~~ 另外 **Lambda 的返回值不是用 return 來返回，而是直接取最后一行代碼的值**： ~~~kotlin val b: (Int) -> String = { it.toString() // it 可以被推斷出是 Int 類型 } ~~~ 這個一定注意，**Lambda 的返回值別寫 return，如果你寫了，它會把這個作為它外層的函數的返回值來直接結束外層函數。當然如果你就是想這么做那沒問題啊，但如果你是只是想返回 Lambda，這么寫就出錯了**。另外因為**Lambda 是個代碼塊，它總能根據最后一行代碼來推斷出返回值類型，所以它的返回值類型確實可以不寫**。實際上，Kotlin 的 Lambda 也是寫不了返回值類型的，語法上就不支持。現在我再停一下，我們想想：匿名函數和 Lambda……它們到底是什么？ ## Kotlin 里匿名函數和 Lambda 表達式的本質我們先看匿名函數。它可以作為參數傳遞，也可以賦值給變量，對吧？但是我們剛才也說過了函數是不能作為參數傳遞，也不能賦值給變量的，對吧？那為什么匿名函數就這么特殊呢？因為 **Kotlin 的匿名函數不是函數。它是個對象。匿名函數雖然名字里有「函數」兩個字，包括英文的原名也是 Anonymous Function，但它其實不是函數，而是一個對象，一個函數類型的對象。它和雙冒號加函數名是一類東西，和函數不是**。所以，你才可以直接把它當做函數的參數來傳遞以及賦值給變量： ~~~kotlin a(fun (param: Int): String { return param.toString() }); val a = fun (param: Int): String { return param.toString() } ~~~ 同理，**Lambda 其實也是一個函數類型的對象而已**。你能怎么使用雙冒號加函數名，就能怎么使用匿名函數，以及怎么使用 Lambda 表達式。這，就是 **Kotlin 的匿名函數和 Lambda 表達式的本質，它們都是函數類型的對象**。Kotlin 的 Lambda 跟 Java 8 的 Lambda 是不一樣的，Java 8 的 Lambda 只是一種便捷寫法，本質上并沒有功能上的突破，而 Kotlin 的 Lambda 是實實在在的對象。在你知道了在 Kotlin 里「函數并不能傳遞，傳遞的是對象」和「匿名函數和 Lambda 表達式其實都是對象」這些本質之后，你以后去寫 Kotlin 的高階函數會非常輕松非常舒暢。 **Kotlin 官方文檔里對于雙冒號加函數名的寫法叫 Function Reference 函數引用，故意引導大家認為這個引用是指向原函數的，這是為了簡化事情的邏輯，讓大家更好上手 Kotlin**；但這種邏輯是有毒的，一旦你信了它，你對于匿名函數和 Lambda 就怎么也搞不清楚了。 ## 對比 Java 的 Lambda 再說一下 Java 的 Lambda。對于 Kotlin 的 Lambda，有很多從 Java 過來的人表示「好用好用但不會寫」。這是一件很有意思的事情：你都不會寫，那你是怎么會用的呢？Java 從 8 開始引入了對 Lambda 的支持，對于單抽象方法的接口——簡稱 SAM 接口，Single Abstract Method 接口——對于這類接口，Java 8 允許你用 Lambda 表達式來創建匿名類對象，但它本質上還是在創建一個匿名類對象，只是一種簡化寫法而已，所以 Java 的 Lambda 只靠代碼自動補全就基本上能寫了。而 Kotlin 里的 Lambda 和 Java 本質上就是不同的，因為 Kotlin 的 Lambda 是實實在在的函數類型的對象，功能更強，寫法更多更靈活，所以很多人從 Java 過來就有點搞不明白了。另外呢，**Kotlin 是不支持使用 Lambda 的方式來簡寫匿名類對象的**，因為我們有函數類型的參數嘛，所以這種單函數接口的寫法就直接沒必要了。那你還支持它干嘛？ **不過當和 Java 交互的時候，Kotlin 是支持這種用法的**：當你的函數參數是 Java 的單抽象方法的接口的時候，你依然可以使用 Lambda 來寫參數。但這其實也不是 Kotlin**增加**了功能，而是對于來自 Java 的單抽象方法的接口，Kotlin 會為它們額外創建一個把參數替換為函數類型的橋接方法，讓你可以間接地創建 Java 的匿名類對象。這就是為什么，你會發現當你在 Kotlin 里調用 View.java 這個類的 setOnClickListener() 的時候，可以傳 Lambda 給它來創建 OnClickListener 對象，但你照著同樣的寫法寫一個 Kotlin 的接口，你卻不能傳 Lambda。因為 Kotlin 期望我們直接使用函數類型的參數，而不是用接口這種折中方案。 ## 總結好，這就是 Kotlin 的高階函數、匿名函數和 Lambda。簡單總結一下： * 在 Kotlin 里，有一類 Java 中不存在的類型，叫做「函數類型」，這一類類型的對象在可以當函數來用的同時，還能作為函數的參數、函數的返回值以及賦值給變量； * **創建一個函數類型的對象有三種方式：雙冒號加函數名、匿名函數和 Lambda**； * 一定要記住：**雙冒號加函數名、匿名函數和 Lambda 本質上都是函數類型的對象。在 Kotlin 里，匿名函數不是函數，是函數類型的對象**，Lambda 也不是什么玄學的所謂「它只是個代碼塊，沒法歸類」，**Kotlin 的 Lambda 可以歸類，它屬于函數類型的對象**。