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java中的语法糖

Java 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（彼得·兰丁） 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，当然也仅仅是方便程序员的使用，因为java虚拟机并不支持语法糖，因此在语法糖在编译阶段就被还原成简单的基础语法结构。
语法糖就是对现有语法的一个封装。简而言之，语法糖让程序更加简洁，有更高的可读性。

在编程领域，除了语法糖，还有语法盐和语法糖精的说法，有兴趣可以百度了解一下。

解语法糖

语法糖的存在主要是方便开发人员使用。但是，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。
因此，Java中的语法糖只存在于编译期，在编译器将 .java 源文件编译成 .class 字节码时，有一个步骤就是调用desugar()，这个方法就是负责解语法糖而实现的。
如果将语法糖先编译后（解语法糖）在反编译成.java文件，那么所写的语法糖就不会存在了。

Java 中最常用的语法糖主要有switch语句支持String与枚举、泛型和类型擦除、自动装箱与拆箱、方法边长参数、枚举、内部类、条件编译、断言、数值字面量、增强for循环、try-with-resources语句、Lambda表达式等。

糖块一：switch 支持String与枚举

在JDK1.5之前,switch循环只支持byte short char int四种数据类型.

JDK1.5 在switch循环中增加了枚举类与byte short char int的包装类,对四个包装类的支持是因为java编译器在底层手动进行拆箱,而对枚举类的支持是因为枚举类有一个ordinal方法,该方法实际上是一个int类型的数值.

jdk1.7开始支持String类型,但实际上String类型有一个hashCode算法,结果也是int类型.而byte short char类型可以在不损失精度的情况下向上转型成int类型.所以总的来说,可以认为switch中只支持int.

java 对switch的支持

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：

public class SwitchStringDemo {
 
    public static void main(String[] args) {
        String str;
        String string = str = "world";
        int n = -1;
        switch (string.hashCode()) {
            case 99162322: {
                if (!string.equals("hello")) break;
                n = 0;
                break;
            }
            case 113318802: {
                if (!string.equals("world")) break;
                n = 1;
            }
        }
        switch (n) {
            case 0: {
                System.out.println("hello");
                break;
            }
            case 1: {
                System.out.println("world");
                break;
            }
        }
    }
 
}

字符串的switch是通过equals()和hashCode()方法来实现的。

进行switch比较的实际是哈希值，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、泛型和类型擦除

很多语言都是支持泛型的，但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。
Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();  
map.put("name", "JourWon");  
map.put("wechat", "JourWon");  
map.put("blog", "https://blog.csdn.net/ThinkWon");  
 
// 解语法糖后
Map map = new HashMap();  
map.put("name", "JourWon");  
map.put("wechat", "JourWon");  
map.put("blog", "https://blog.csdn.net/ThinkWon");

以下两个方法编译出错

import java.util.List;  
public class FanxingTest{  
    public void method(List<String> list){  
        System.out.println("List String");  
    }  
    public void method(List<Integer> list){  
        System.out.println("List Int");  
    }  
}

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。

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。

自动装箱：

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

自动拆箱：

public static void main(String[] args) {
    Integer i = 10;
    int n = i;
}
 
// 反编译后
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。

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。

public static void main(String[] args) {
    print("aa", "bb", "cc");
}
 
public static void print(String... strs) {
    for (int i = 0; i < strs.length; i++) {
        System.out.println(strs[i]);
    }
}
 
// 反编译后
public static void main(String[] args) {
    print(new String[]{"aa", "bb", "cc"});
}
 
public static 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时传递实参的个数，然后再把参数值全部放到这个数组当中，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

为什么说枚举也是语法糖？

Java SE5提供了一种新的类型-Java的枚举类型

未有枚举前，定义季节

//分别用1 表示春天，2表示夏天，3表示秋天，4表示冬天。
public class Season {
    public static final int SPRING = 1;
    public static final int SUMMER = 2;
    public static final int AUTUMN = 3;
    public static final int WINTER = 4;
}

这种方法称作int枚举模式。可这种模式有什么问题呢，我们都用了那么久了，应该没问题的。通常我们写出来的代码都会考虑它的安全性、易用性和可读性。 首先我们来考虑一下它的类型安全性。当然这种模式不是类型安全的。比如说我们设计一个函数，要求传入春夏秋冬的某个值。但是使用int类型，我们无法保证传入的值为合法。

private String getChineseSeason(int season){
        StringBuffer result = new StringBuffer();
        switch(season){
            case Season.SPRING :
                result.append("春天");
                break;
            case Season.SUMMER :
                result.append("夏天");
                break;
            case Season.AUTUMN :
                result.append("秋天");
                break;
            case Season.WINTER :
                result.append("冬天");
                break;
            default :
                result.append("地球没有的季节");
                break;
        }
        return result.toString();
    }
 
public void doSomething(){
        System.out.println(this.getChineseSeason(Season.SPRING));//这是正常的场景
 
        System.out.println(this.getChineseSeason(5));//这个却是不正常的场景，这就导致了类型不安全问题
    }

接下来我们来考虑一下这种模式的可读性。使用枚举的大多数场合，我都需要方便得到枚举类型的字符串表达式。如果将int枚举常量打印出来，我们所见到的就是一组数字，这是没什么太大的用处。我们可能会想到使用String常量代替int常量。虽然它为这些常量提供了可打印的字符串，但是它会导致性能问题，因为它依赖于字符串的比较操作，所以这种模式也是我们不期望的。 从类型安全性和程序可读性两方面考虑，int和String枚举模式的缺点就显露出来了。

// 定义一个枚举类
// enum就和class一样，只是一个关键字，他并不是一个类
public enum T {
    SPRING,SUMMER;
}
// 反编译
// 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。
public final class T extends Enum<T> {
    public static final /* enum */ T SPRING = new T("SPRING", 0);
    public static final /* enum */ T SUMMER = new T("SUMMER", 1);
    private static final /* synthetic */ T[] $VALUES;
 
    public static T[] values() {
        return (T[])$VALUES.clone();
    }
 
    public static T valueOf(String name) {
        return Enum.valueOf(T.class, name);
    }
 
    private T(String string, int n) {
        super(string, n);
    }
 
    static {
        $VALUES = new T[]{SPRING, SUMMER};
    }
}

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。

当jad对OutterClass.class文件进行反编译的时候,它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

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;
        }
    }
}

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。

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。

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。

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。

格式:

assert <布尔表达式>;
assert <布尔表达式> : <错误信息>;

assert 后面跟个冒号表达式。如果冒烟前为true，则冒号后面的被忽略，否则抛出AssertionError,错误内容为冒号后面的内容。

含有断言的代码：

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

反编译后代码如下：

public class AssertTest {
	static final /* synthetic */ boolean $assertionsDisabled;
 
    public static void main(String[] args) {
        boolean a = true;
        boolean b = true;
        if (!$assertionsDisabled && a != b) {
            throw new AssertionError();
        }
        System.out.println("CSDN-ThinkWon");
        if (!$assertionsDisabled && a == b) {
            throw new AssertionError((Object)"ThinkWon");
        }
        System.out.println("\u535a\u5ba2:https://blog.csdn.net/ThinkWon");
    }
 
    static {
        $assertionsDisabled = !AssertTest.class.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。

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

糖块十 、增强for循环

for-each的实现原理其实就是使用了普通的for循环和迭代器。

public static void main(String args[]) {
    String[] strs = {"aa", "bb", "cc"};
    for (String s : strs) {
        System.out.println(s);
    }
    System.out.println();
 
    List<String> strList = Arrays.asList(strs);
    for (String s : strList) {
        System.out.println(s);
    }
}

反编译后：

public static void main(String args[]) {
    String[] strs;
    String[] arrstring = strs = new String[]{"aa", "bb", "cc"};
    int n = arrstring.length;
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        String s = arrstring[i];
        System.out.println(s);
    }
    System.out.println();
 
    List<String> strList = Arrays.asList(strs);
    Iterator<String> iterator = strList.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        String s = iterator.next();
        System.out.println(s);
    }
 
}

糖块十一 、try-with-resource语句

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:\\hello.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:\\ hello.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 void main(String[] args) {
    try {
        BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("d:\\ hello.xml"));
        Throwable throwable = null;
        try {
            String line;
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (Throwable line) {
            throwable = line;
            throw line;
        } finally {
            if (br != null) {
                if (throwable != null) {
                    try {
                        br.close();
                    } catch (Throwable line) {
                        throwable.addSuppressed(line);
                    }
                } else {
                    br.close();
                }
            }
        }
    } catch (IOException br) {
        // empty catch block
    }
}

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。

糖块十二、Lambda表达式

Labmda表达式不是匿名内部类的语法糖（内部类在编译之后会有两个class文件，但是，包含Labmda表达式的类编译后只有一个文件），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Labmda相关api。

/**
 * lambda表达式
 * option: --decodelambdas false
 */
public void lambdaTest() {
    String[] qingshanli = {"haha", "qingshan", "helloworld", "ceshi"};  
    List<String> list =  Arrays.asList(qingshanli);
    // 使用lambda表达式以及函数操作
    list.forEach((str) -> System.out.print(str + "; "));
    // 在JDK8中使用双冒号操作符
    list.forEach(System.out::println);  
}

lambda表达式参考：https://blog.csdn.net/weixin_43691058/article/details/113816211

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