语法糖--这一篇全了解

浅浅的花香味﹌ 2022-05-23 01:00 162阅读 0赞

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。

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：

public class switchDemoString {
    
         public static void main(String[] args) {
    
         String str = "world"; 
         switch (str) { 
            case "hello":
             System.out.println("hello");
             break; 
            default: 
            break; 
            } 
        }
    }
    反编译后内容如下：
    public class switchDemoString{ 
    public switchDemoString() { 
    } 
    public static void main(String args[]) { 
        String str = "world"; 
        String s; 
        switch((s = str).hashCode()) { 
        default: 
        break; 
        case 99162322: 
        if(s.equals("hello")) 
            System.out.println("hello"); 
            break; 
            } 
        }
    }

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<String, String> map这样的语法。需要在编译阶段通过类型擦除的方式进行解语法糖**。

类型擦除的主要过程如下：

**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。**

**移除所有的类型参数**。

以下代码：

Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();

map.put("name", "hollis");

解语法糖之后会变成：

Map map = new HashMap();

map.put("name", "hollis");

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<String>.class或是List<Integer>.class，而只有List.class。

**扩展**：java语言中重载与返回值无关；重载要求方法具备不同的特征签名，返回值并不包含在方法的特征签名中，所以返回值不参与重载选择，但是在Class文件 格式中，只要描述符不是完全一致的两个方法就可以共存，也就是说，两个方法如果有相同的名称和特征签名（参数是带泛型的类型擦除后特征签名一样），但返回值不同，那么他们可以合法共存在一个Class文件中

## 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。

先来看个自动装箱的代码：

public static void main(String[] args) {
    
    int i = 10;
    
    Integer n = i
    
    }

反编译后代码如下:

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

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。

**扩展：**[拆箱装箱--一篇全了解：https://blog.csdn.net/w372426096/article/details/81909792][--_https_blog.csdn.net_w372426096_article_details_81909792]

## 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：

public static void main(String[] args) {
    
    print("Franco", "WQ:Franco", "博客：https://blog.csdn.net/w372426096");
    
    }
    
    public static void print(String... strs){
    
    for (int i = 0; i < strs.length; i++) {
    
    System.out.println(strs[i]);
    
    }
    
    }

反编译后代码：

public static void main(String args[]){
    
    print(new String[] {
    
    "Franco", "WQ:Franco", "\u535A\u5BA2\uFF1Ahttps://blog.csdn.net/w372426096"
    
    });
    
    }
    
    public static transient void print(String strs[]){
    
    for(int i = 0; i < strs.length; i++)
    
    System.out.println(strs[i]);
    
    }

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。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：public enum t \{ SPRING,SUMMER;\}然后我们使用反编译，看看这段代码到底是怎么实现。通过反编译后代码我们可以看到（内容太多不贴了，读者自行反编译了解下），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.class文件**了，分别是**outer.class和outer$inner.class**。所以内部类的名字完全可以和它的外部类名字相同。

## 糖块七 、条件编译 ##

—般情况下，程序中的每一行代码都要参加编译。但有时候出于对程序代码优化的考虑，希望只对其中一部分内容进行编译，此时就需要在程序中加上条件，让编译器只对满足条件的代码进行编译，将不满足条件的代码舍弃，这就是条件编译。如在C或CPP中，可以通过预处理语句来实现条件编译。

其实在Java中也可实现条件编译。我们先来看一段代码：

public class ConditionalCompilation {
    
        public static void main(String[] args) {
    
            final boolean DEBUG = true;
    
            if(DEBUG) {
    
                System.out.println("Hello, DEBUG!");
    
            }
    
            final boolean ONLINE = false;
    
            if(ONLINE){
    
                System.out.println("Hello, ONLINE!");
    
            }
    
        }
    
    }

反编译后代码如下：

public class ConditionalCompilation{
    
        public static void main(String args[]) {
    
            boolean DEBUG = true;
    
            System.out.println("Hello, DEBUG!");
    
            boolean ONLINE = false;
    
        }
    
    }

首先，我们发现，在反编译后的代码中没有System.out.println("Hello, ONLINE!");，这其实就是条件编译。当if(ONLINE)为false的时候，编译器就没有对其内的代码进行编译。

所以，Java语法的条件编译，是**通过判断条件为常量的if语句实现**的。其原理也是Java语言的语法糖。根据if判断条件的真假，编译器直接把分支为false的代码块消除。通过该方式实现的条件编译，**必须在方法体内实现**，而**无法在正整个Java类的结构或者类的属性上进行条件编译**，这与C/C++的条件编译相比，确实更有局限性。在Java语言设计之初并没有引入条件编译的功能，虽有局限，但是总比没有更强。

## 糖块八 、 断言 ##

在Java中，assert关键字是从 Java SE 1.4 引入的，为了避免和老版本的Java代码中使用了assert关键字导致错误，Java在执行的时候默认是不启动断言检查的（这个时候，所有的断言语句都将忽略！），如果要开启断言检查，则需要用开关-enableassertions或-ea来开启。

看一段包含断言的代码：

public class AssertTest {
    
        public static void main(String args[]) {
    
            int a = 1;
    
            int b = 1;
    
            assert a == b;
    
            System.out.println("外号：Franco");
    
            assert a != b : "Franco";
    
            System.out.println("博客：https://blog.csdn.net/w372426096");
    
        }
    }

反编译后代码太多，不贴了，但是很明显，反编译之后的代码要比我们自己的代码复杂的多。所以，使用了assert这个语法糖我们节省了很多代码。其实**断言的底层实现就是if语言，如果断言结果为true，则什么都不做，程序继续执行，如果断言结果为false，则程序抛出AssertError来打断程序的执行。-enableassertions会设置$assertionsDisabled字段的值。**

## 糖块九 、 数值字面量 ##

在Java 7中，数值字面量，不管是整数还是浮点数，**都允许在数字之间插入任意多个下划线**。

这些下划线不会对字面量的数值产生影响，目的就是方便阅读。

比如：

public class Test {
    
        public static void main(String... args) {
    
            int i = 10_000;
    
            System.out.println(i);
    
        }
    }

反编译后：

public class Test{
    
        public static void main(String[] args) {
    
        int i = 10000;
    
        System.out.println(i);
    
        }
    }

反编译后就是把\_删除了。也就是说 编译器并不认识在数字字面量中的\_，需要在编译阶段把他去掉。

## 糖块十 、 for-each ##

增强for循环（for-each）相信大家都不陌生，日常开发经常会用到的，他会比for循环要少写很多代码，那么这个语法糖背后是如何实现的呢？

public static void main(String... args) {
    
            String[] strs = {"Franco", "WQ：Franco", "博客：https://blog.csdn.net/w372426096"};
    
            for (String s : strs) {
    
                System.out.println(s);
    
            }
    
    }

反编译后代码如下：

public static transient void main(String args[]){
    
            String strs[] = { "Franco", "WQ1AFranco", "\u535A\u5BA2\uFF1Ahttps://blog.csdn.net/w372426096" };
    
            String args1[] = strs;
    
            int i = args1.length;
    
            for(int j = 0; j < i; j++) {
    
                String s = args1[j];
    
                System.out.println(s);
    
            }
    }

代码很简单，for-each的实现原理其实就是使用了**普通的for循环和迭代器。**

## 糖块十一 、 try-with-resource ##

Java里，对于文件操作IO流、数据库连接等开销非常昂贵的资源，用完之后必须及时通过close方法将其关闭，否则资源会一直处于打开状态，可能会导致内存泄露等问题。

关闭资源的常用方式就是在finally块里是释放，即调用close方法。比如，我们经常会写这样的代码：

public static void main(String[] args) {
    
        BufferedReader br = null;
    
        try {
    
            String line;
            br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\Franco.xml"));
    
            while ((line = br.readLine()) != null) {
    
                System.out.println(line);
    
            }
    
        } catch (IOException e) {
    
        // handle exception } finally {
        
        try {
    
            if (br != null) {
    
                br.close();
    
            }
         } catch (IOException ex) {
    
        // handle exception 
         }
    
        }
    }

从Java 7开始，jdk提供了一种更好的方式关闭资源，使用try-with-resources语句，改写一下上面的代码，效果如下：

public static void main(String... args) {
    
        try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\ Franco.xml"))) {
    
            String line;
    
            while ((line = br.readLine()) != null) {
    
                System.out.println(line);
    
            } 
        } catch (IOException e) {
    
            // handle exception
    
        }
    }

看，这简直是一大福音啊，虽然我之前一般使用IOUtils去关闭流，并不会使用在finally中写很多代码的方式，但是这种新的语法糖看上去好像优雅很多呢。看下他的背后：

public static transient void main(String args[]) {
    
            BufferedReader br;
    
            Throwable throwable;
    
            br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\ Franco.xml"));
    
            throwable = null; String line;
    
            try { 
                while((line = br.readLine()) != null) 
                System.out.println(line);
    
            } catch(Throwable throwable2) {
            
                throwable = throwable2; throw throwable2;
    
            }
    
            if(br != null)
    
                if(throwable != null)
    
                    try {
    
                        br.close(); 
                    } catch(Throwable throwable1) {
    
                        throwable.addSuppressed(throwable1);
    
                   }
            else
    
            br.close();
    
            break MISSING_BLOCK_LABEL_113;
    
            Exception exception; 
            exception;
    
          if(br != null)
    
                if(throwable != null)
    
            try {
    
                br.close();
    
            } catch(Throwable throwable3) {
    
                throwable.addSuppressed(throwable3);
    
            } 
          else
    
            br.close();
    
        throw exception; 
            IOException ioexception; 
            ioexception;
    
        }
    }

其实背后的原理也很简单，那些我们没有做的关闭资源的操作，编译器都帮我们做了。所以，再次印证了，语法糖的作用就是方便程序员的使用，但最终还是要转成编译器认识的语言。

总结

前面介绍了12种Java中常用的语法糖。所谓语法糖就是提供给开发人员便于开发的一种语法而已。但是这种语法只有开发人员认识。要想被执行，需要进行解糖，即转成JVM认识的语法。当我们把语法糖解糖之后，你就会发现其实我们日常使用的这些方便的语法，其实都是一些其他更简单的语法构成的。有了这些语法糖，我们在日常开发的时候可以大大提升效率，但是同时也要避免过渡使用。使用之前最好了解下原理，避免掉坑。

参考：

《深入理解JVM虚拟机》

Hollis知识星球

[--_https_blog.csdn.net_w372426096_article_details_81909792]: https://blog.csdn.net/w372426096/article/details/81909792