Java 17 更新(8):密封类终于转正

Java 看 Kotlin 实现了密封类,马上给自己搞了密封类和密封接口,Kotlin 一看也立马支持了密封接口。

我们书接上回,继续聊 Java 17 的更新。这篇我们介绍一下 JEP 409: Sealed Classes

密封类从 Java 15 开始预览,Java 16 又预览了一波,终于在 Java 17 转正了(实际上 Java 16 和 17 的密封类是一样的)。

Kotlin 从 1.0 开始就有密封类,并且对子类定义位置的限制从父类内部(Kotlin 1.0)到同一个文件(Kotlin 1.1)再到同一个包内(Kotlin 1.5),但实际使用上没有什么特别大的变化 —— 直到 Java 也支持密封类和密封接口,Kotlin 才也对密封接口做了支持。

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从定义上来讲,二者的密封类、接口都是限制直接子类的定义,使得直接子类是可数的。例如:

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package com.example.geometry;

public abstract sealed class Shape
permits com.example.polar.Circle,
com.example.quad.Rectangle,
com.example.quad.simple.Square { ... }

注意,在 Java 当中,密封类的子类的定义也有一些限制,如果父类在具名模块当中,那么子类必须也定义该模块内部;否则,子类就必须定义在父类相同的包当中。如果子类直接定义在父类当中的话,permits 就不用显式写出了:

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abstract sealed class Root { ... 
static final class A extends Root { ... }
static final class B extends Root { ... }
static final class C extends Root { ... }
}

对于密封类的子类来讲,既可以声明为 final 来禁止被继承;也可以声明为 sealed 来使得该子类的直接子类可数;也可以声明为 non-sealed 来使得该子类的子类不受限制。因此我们说密封类可以确保其直接子类可数。例如:

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abstract sealed class Root {
static final class A extends Root { }

static sealed class B extends Root {
static final class B1 extends B {}
static final class B2 extends B {}
}

static non-sealed class C extends Root { }
}

有了密封类再配合前面提到的 switch 模式匹配,就很好用了:

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Root r = new Root.A();
var x = switch (r) {
case Root.A a -> 1;
case Root.B b -> 2;
case Root.C c -> 3;
};

对密封接口的支持也是类似的。

密封类实际上也是一个很有用的特性,我之前在介绍 Kotlin 的密封类的时候也已经提到过不少它的用法,例如实现递归列表:

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public sealed interface List<T> {
public static final class Cons<T> implements List<T> {
public final T head;

public final List<T> tail;

public Cons(T head, List<T> tail) {
this.head = head;
this.tail = tail;
}

}

public final class Nil implements List<Object> {
public static final Nil INSTANCE = new Nil();

private Nil() {}
}
}

这样 List 就只能有 Cons 和 Nil 两个子类,避免它的封装被打破。接下来我们还可以给它添加一些有趣的方法,让它更像一个 List:

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public sealed interface List<T> {
...

default void forEach(Consumer<? super T> action) {
switch (this) {
case Cons<T> cons -> {
action.accept(cons.head);
cons.tail.forEach(action);
}
case Nil nil -> {}
}
}
}

我们为 List 添加了一个默认的 forEach,这样我们就可以很轻松地迭代它了。为了方便创建 List 的实例,我们再给它添加一个便捷的方法:

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public sealed interface List<T> {
...

public static <T> List<T> fromArray(T[] array) {
if (array.length == 0) return Nil.INSTANCE;
var result = new Cons<T>(array[array.length - 1], Nil.INSTANCE);
for (int i = array.length - 2; i >= 0; i--) {
result = new Cons<T>(array[i], result);
}
return result;
}
}

接下来给出一个简单的用例:

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public static void main(String[] args) {
var list = List.fromArray(new Integer[]{1, 2, 3, 4, 5});
// 输出 1 2 3 4 5
list.forEach(i -> System.out.println(i));
}

顺便提一句,用 Kotlin 实现这段逻辑可不要简单太多:

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sealed class List<out T> {
object Nil: List<Nothing?>()
class Cons<T>(val value: T, val next: List<T>): List<T>()
}

tailrec fun <T> List<T>.forEach(block: (T) -> Unit) {
when(this) {
List.Nil -> return
is List.Cons<T> -> {
block(value)
next.forEach(block)
}
}
}

fun <T> listOf(vararg values: T): List<T> {
return values.reversedArray().fold(List.Nil as List<T>) { acc, t ->
List.Cons(t, acc)
}
}

fun main() {
listOf(1,2,3,4).forEach {
println(it)
}
}

好啦,有关密封类的更新我们就介绍这么多。


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