什么是语法糖？Java中有哪些语法糖？

淡淡的烟草味﹌ 2024-03-02 09:28 49阅读 0赞

## 什么是语法糖？Java中有哪些语法糖？ ##

### **语法糖** ###

*  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。
 *  有意思的是，在编程领域，除了语法糖，还有语法盐和语法糖精的说法，篇幅有限这里不做扩展了。
 *  我们所熟知的编程语言中几乎都有语法糖。作者认为，语法糖的多少是评判一个语言够不够牛逼的标准之一。
 *  很多人说Java是一个“低糖语言”，其实从Java 7开始Java语言层面上一直在添加各种糖，主要是在“Project Coin”项目下研发。尽管现在Java有人还是认为现在的Java是低糖，未来还会持续向着“高糖”的方向发展。

### **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。

### 糖块介绍 ###

#### **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;
                case "world":
                    System.out.println("world");
                    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;
                case 113318802:
                    if(s.equals("world"))
                        System.out.println("world");
                    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。

#### **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", "h");  
        map.put("wechat", "s");  
        map.put("blog", "m");
 *  解语法糖之后会变成：
 *      Map map = new HashMap();  
        map.put("name", "h");  
        map.put("wechat", "s");  
        map.put("blog", "m");
 *  以下代码：
 *      public static <A extends Comparable<A>> A max(Collection<A> xs) {
            Iterator<A> xi = xs.iterator();
            A w = xi.next();
            while (xi.hasNext()) {
                A x = xi.next();
                if (w.compareTo(x) < 0)
                    w = x;
            }
            return w;
        }
 *  类型擦除后会变成：
 *      public static Comparable max(Collection xs){
            Iterator xi = xs.iterator();
            Comparable w = (Comparable)xi.next();
            while(xi.hasNext())
            {
                Comparable x = (Comparable)xi.next();
                if(w.compareTo(x) < 0)
                    w = x;
            }
            return w;
        }
 *  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.class或是List.class，而只有List.class。

#### **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。
 *  因为这里的装箱和拆箱是自动进行的非人为转换，所以就称作为自动装箱和拆箱。
 *  原始类型byte, short, char, int, long, float, double 和 boolean 对应的封装类为Byte, Short, Character, Integer, Long, Float, Double, Boolean。
 *  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);
        }
 *  再来看个自动拆箱的代码：
 *      public static void main(String[] args) {
         
            Integer i = 10;
            int n = i;
        }
 *  反编译后代码如下：
 *      public static void main(String args[])
        {
            Integer i = Integer.valueOf(10);
            int n = i.intValue();
        }
 *  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。

#### **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("");
            }
         
        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[] {
                ""
            });
        }
         
        // transient 不能修饰方法，这里应该是反编译错误了？
        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。

#### **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的，反编译后代码内容如下：
 *      public final class T extends Enum
        {
            private T(String s, int i)
            {
                super(s, i);
            }
            public static T[] values()
            {
                T at[];
                int i;
                T at1[];
                System.arraycopy(at = ENUM$VALUES, 0, at1 = new T[i = at.length], 0, i);
                return at1;
            }
         
            public static T valueOf(String s)
            {
                return (T)Enum.valueOf(demo/T, s);
            }
         
            public static final T SPRING;
            public static final T SUMMER;
            private static final T ENUM$VALUES[];
            static
            {
                SPRING = new T("SPRING", 0);
                SUMMER = new T("SUMMER", 1);
                ENUM$VALUES = (new T[] {
                    SPRING, SUMMER
                });
            }
        }
 *  通过反编译后代码我们可以看到，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。

#### **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。
 *      public class OutterClass {
            private String userName;
         
            public String getUserName() {
                return userName;
            }
         
            public void setUserName(String userName) {
                this.userName = userName;
            }
         
            public static void main(String[] args) {
         
            }
         
            class InnerClass{
                private String name;
         
                public String getName() {
                    return name;
                }
         
                public void setName(String name) {
                    this.name = name;
                }
            }
        }
 *  以上代码编译后会生成两个class文件：OutterClass$InnerClass.class 、OutterClass.class 。
 *  当我们尝试使用jad对OutterClass.class文件进行反编译的时候，命令行会打印以下内容：
 *      Parsing OutterClass.class...
        Parsing inner class OutterClass$InnerClass.class...
        Generating OutterClass.jad
 *  他会把两个文件全部进行反编译，然后一起生成一个OutterClass.jad文件。文件内容如下：
 *      public class OutterClass
        {
            class InnerClass
            {
                public String getName()
                {
                    return name;
                }
                public void setName(String name)
                {
                    this.name = name;
                }
                private String name;
                final OutterClass this$0;
         
                InnerClass()
                {
                    this.this$0 = OutterClass.this;
                    super();
                }
            }
         
            public OutterClass()
            {
            }
            public String getUserName()
            {
                return userName;
            }
            public void setUserName(String userName){
                this.userName = userName;
            }
            public static void main(String args1[])
            {
            }
            private String userName;
        }

#### **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 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。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。

#### **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;
                assert a != b : "";
            }
        }
 *  反编译后代码如下：
 *      public class AssertTest {
           public AssertTest()
            {
            }
            public static void main(String args[])
        {
            int a = 1;
            int b = 1;
            if(!$assertionsDisabled && a != b)
                throw new AssertionError();
            {
                throw new AssertionError("H");
            } else
            {
               
                return;
            }
        }
         
        static final boolean $assertionsDisabled = !com/hs/suguar/AssertTest.desiredAssertionStatus();
         
        }
 *  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。

#### **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。

#### **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.
 *  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。

#### **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:\\g.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:\\g.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。
 *  反编译以上代码，看下他的背后原理：
 *      public static transient void main(String args[])
            {
                BufferedReader br;
                Throwable throwable;
                br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\ g.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。

#### **Lambda表达式** ####

*  关于lambda表达式，有人可能会有质疑，因为网上有人说他并不是语法糖。其实我想纠正下这个说法。
 *  Labmda表达式不是匿名内部类的语法糖，但是他也是一个语法糖。实现方式其实是依赖了几个JVM底层提供的lambda相关api。
 *  ambda表达式的实现其实是依赖了一些底层的api，在编译阶段，编译器会把lambda表达式进行解糖，转换成调用内部api的方式。

### **可能遇到的坑** ###

#### **泛型——当泛型遇到重载** ####

*      public class GenericTypes {
         
            public static void method(List<String> list) {  
                System.out.println("invoke method(List<String> list)");  
            }  
         
            public static void method(List<Integer> list) {  
                System.out.println("invoke method(List<Integer> list)");  
            }  
        }
 *  上面这段代码，有两个重载的函数，因为他们的参数类型不同，一个是List另一个是List，但是，这段代码是编译通不过的。因为我们前面讲过，参数List和List编译之后都被擦除了，变成了一样的原生类型List，擦除动作导致这两个方法的特征签名变得一模一样。

#### **泛型——当泛型遇到catch** ####

*  泛型的类型参数不能用在Java异常处理的catch语句中。因为异常处理是由JVM在运行时刻来进行的。由于类型信息被擦除，JVM是无法区分两个异常类型MyException和MyException的

#### **泛型——当泛型内包含静态变量** ####

*      public class StaticTest{
            public static void main(String[] args){
                GT<Integer> gti = new GT<Integer>();
                gti.var=1;
                GT<String> gts = new GT<String>();
                gts.var=2;
                System.out.println(gti.var);
            }
        }
        class GT<T>{
            public static int var=0;
            public void nothing(T x){}
        }
 *  以上代码输出结果为：2！由于经过类型擦除，所有的泛型类实例都关联到同一份字节码上，泛型类的所有静态变量是共享的。

#### **自动装箱与拆箱——对象相等比较** ####

*      public static void main(String[] args) {
            Integer a = 1000;
            Integer b = 1000;
            Integer c = 100;
            Integer d = 100;
            System.out.println("a == b is " + (a == b));
            System.out.println(("c == d is " + (c == d)));
        }
 *  输出结果：
 *      a == b is false
        c == d is true
 *  在Java 5中，在Integer的操作上引入了一个新功能来节省内存和提高性能。整型对象通过使用相同的对象引用实现了缓存和重用。
 *  适用于整数值区间-128 至 +127。
 *  只适用于自动装箱。使用构造函数创建对象不适用。

#### **增强for循环** ####

*      for (Student stu : students) {    
            if (stu.getId() == 2)     
                students.remove(stu);    
        }
 *  会抛出ConcurrentModificationException异常。
 *  Iterator是工作在一个独立的线程中，并且拥有一个 mutex 锁。Iterator被创建之后会建立一个指向原来对象的单链索引表，当原来的对象数量发生变化时，这个索引表的内容不会同步改变，所以当索引指针往后移动的时候就找不到要迭代的对象，所以按照 fail-fast 原则 Iterator 会马上抛出java.util.ConcurrentModificationException异常。
 *  所以 Iterator 在工作的时候是不允许被迭代的对象被改变的。但你可以使用 Iterator 本身的方法remove()来删除对象，Iterator.remove() 方法会在删除当前迭代对象的同时维护索引的一致性。
 *  ![在这里插入图片描述][b62b1a0c059c4ecc8b21d9224516a95e.png]

### 总结 ###

*  前面介绍了12种Java中常用的语法糖。由于篇幅问题，其他还有一些常见的语法糖比如字符串拼接其实基于 StringBuilder，Java10 里面的 var 关键字声明局部变量采用的是智能类型推断这里就不提了。
 *  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。

[b62b1a0c059c4ecc8b21d9224516a95e.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/02/55f97aaba79c4256bebfb0de8fb98ef1.png