java运算符重载 java实现运算符重载

前言

在 Kotlin 中，我们可以用 约定的操作符，代替 调用代码中以特定的命名定义的函数，来实现 与之对应的操作。例如在类中定义了一个名为 plus 的特殊方法，就可以使用加法运算符 + 代替 plus() 的方法调用。由于你无法修改已有的接口定义，因此一般可以通过 扩展函数 来为现有的类增添新的 约定方法，从而使得 操作符重载 这一语法糖适应任何现有的 Java 类。

算术运算符

我们就从最简单直接的例子 + 这一类算术运算符开始。

data class Point(val x: Int, val y: Int) {
operator fun plus(other: Point) = Point(x + other.x, y + other.y)
operator fun plus(value: Int) = "toString: ${Point(x + value, y + value)}"
}
fun main(args: Array) {
val p1 = Point(1, 2)
val p2 = Point(3, 4)
println(p1 + p2)
println(p1 + 3)
}
/*
Point(x=4, y=6)
toString: Point(x=4, y=5)
*/
operator 修饰符是必须的，否则 plus 只是一个普通方法，不能通过 + 调用。
操作符是有优先级的，比较 * 优先级高于 +，不论这个操作符应用于什么对象，这种优先级都是固定存在的。
plus 方法的参数类型是任意的，因此可以方法重载，但是 参数数量只能是 1 ，因为 + 是一个二元操作符。plus 方法的返回值类型也是任意的。
如果出现多个方法签名相同的 operator 扩展方法，根据 import 决定使用哪个一，例如：
// 第一个文件：
package package0
operator fun Point.times(value: Int) = Point(x * value, y * value)
// 第二个文件：
package package1
operator fun Point.times(value: Int) = Unit // Do nothing.
// 使用第一个扩展操作符：
import package0.times
val newPoint = Point(1, 2) * 3
Kotlin 为一些基本类型预定义了一些操作符方法，我们平时常写的基本数据计算也可以翻译成调用这些操作符方法，比如 (2 + 3) * 4 可以翻译成 2.plus(3).times(4)，2 + 3 * 4 可以翻译成 2.plus(3.times(4))。根据扩展函数的语法，扩展函数无法覆盖与类已有的方法签名相同的方法，因此，不必担心随随便便给 Int 自定义一个 plus 扩展方法就能让 1 + 1 变得不等于 2。
同时，所有操作符都针对基本类型做了优化，比如 1 + 2 * 3、4 < 5，不会为它们引入函数调用的开销。
所有可重载的算术运算符有：
表达式
翻译为
a + b
a.plus(b)
a - b
a.minus(b)
a * b
a.times(b)
a / b
a.div(b)
a % b
a.rem(b)、 a.mod(b) (在 Kotlin 1.1 中被弃用)
a..b
a.rangeTo(b)
它们的优先级与普通的数字类型运算符优先级相同。其中 rangeTo 会在下面说明。
广义赋值操作符
表达式
翻译为
a += b
a.plusAssign(b)
a -= b
a.minusAssign(b)
a *= b
a.timesAssign(b)
a /= b
a.divAssign(b)
a %= b
a.remAssign(b)、 a.modAssign(b)(在 Kotlin 1.1 中被弃用)
对于以上广义赋值操作符：
如果对应的二元算术运算符函数也 可用 ，则报错。plus 对应 plusAssign。minus、times 等也类似。
返回值类型必须为 Unit。
如果执行 a += b 时 plusAssign 不存在，会尝试生成 a = a + b，其中的 a + b 使用的就是 plus 操作符方法，相当于调用 a = a.plus(b)。并且此时会 要求 a + b 的 plus 方法的返回值类型必须与 a 类型一致(如果单独使用 a + b 不做此要求)。
data class Size(var width: Int = 0, var height: Int = 0) {
operator fun plus(other: Size): Size {
return Size(width + other.width, height + other.height)
}
operator fun plusAssign(other: Size) {
width += other.width
height += other.height
}
}
fun main(args: Array) {
// var s1 = Size(1, 2) // 如果这么写，执行 += 时会报错.
val s1 = Size(1, 2)
val s2 = Size(3, 4)
s1 += s2
}
我们使用这个例子来理解：为什么使用 var 定义的 s1 会导致 += 报错呢？因为理论上，执行 += 时，既可以调用 s1 = s1 + s2，也就是 s1 = s1.plus(s2)，又可以调用 s1.plusAssign(s2)，都符合操作符重载约定，这样就会产生歧义，而如果使用 val 定义 s1，则只可能执行 s1.plusAssign(s2)，因为 s1 不可被重新赋值，因此 s1 = s1 + s2 这样的语法是出错的，永远不能能调用，那么调用 s1 += s2 就不会产生歧义了。
既然编译器会帮我把 a += b 解释成 a = a + b，那是不是意味着我只需要 plus 永远不需要 plusAssign 了呢？比较好的实践方式是：
+ (plus) 始终返回一个新的对象
+= (plusAssign) 用于内容可变的类型，修改自身的内容。
Kotlin 标准库中就是这么实现的：
fun main(args: Array) {
val list = arrayListOf(1, 2)
list += 3 // 添加元素到自身集合, 没有新的对象被创建, 调用的是 add 方法.
val newList = list + 4 // 创建一个新的 ArrayList, 添加自身元素和新元素并返回新的 ArrayList.
}
in
表达式
翻译为
a in b
b.contains(a)
a !in b
!b.contains(a)
println("hello" in arrayListOf("hello", ", ", "world"))
/*
true
*/
在 for 循环中使用 in 操作符会执行迭代操作，for(x in list) { /* 遍历 */ } 将被转换成 list.iterator() 的调用，然后在上面重复调用hasNext 和 next 方法。
rangeTo
rangeTo 用于创建一个区间。例如 1..10 也就是 1.rangeTo(10) 代表了从 1 到 10 这 10 个数字，Int.rangeTo 方法返回一个 IntRange 对象，IntRange 类定义如下：
/**
* A range of values of type `Int`.
*/
public class IntRange(start: Int, endInclusive: Int) : IntProgression(start, endInclusive, 1), ClosedRange {
override val start: Int get() = first
override val endInclusive: Int get() = last
override fun contains(value: Int): Boolean = first <= value && value <= last
override fun isEmpty(): Boolean = first > last
override fun equals(other: Any?): Boolean =
other is IntRange && (isEmpty() && other.isEmpty() ||
first == other.first && last == other.last)
override fun hashCode(): Int =
if (isEmpty()) -1 else (31 * first + last)
override fun toString(): String = "$first..$last"
companion object {
/** An empty range of values of type Int. */
public val EMPTY: IntRange = IntRange(1, 0)
}
}
它的基类 IntProgression 实现了 Iterable 接口，因此 1..10 可以用来迭代：
for (index in 1..10) {
// 遍历 1 到 10, 包括 1 和 10.
}
IntRange 还实现了接口 ClosedRange ，可以用来判断某元素是否属于该区间。
Kotlin 为 Comparable 定义了扩展函数 rangeTo：
/**
* Creates a range from this [Comparable] value to the specified [that] value.
*
* This value needs to be smaller than [that] value, otherwise the returned range will be empty.
* @sample samples.ranges.Ranges.rangeFromComparable
*/
public operator fun > T.rangeTo(that: T): ClosedRange = ComparableRange(this, that)
因此所有的 Comparable 对象都可以使用 .. 区间操作符，例如：
fun main(args: Array) {
val c1 = Calendar.getInstance() // 代表今天.
val c2 = Calendar.getInstance()
c2.add(Calendar.DATE, 10) // 代表 10 天后.
val c3 = Calendar.getInstance()
c3.add(Calendar.DATE, 3) // 代表 3 天后.
val c4 = Calendar.getInstance()
c4.add(Calendar.DATE, 13) // 代表 13 天后.
// 判断某日期是否在某两个日期范围内.
println(c3 in c1..c2)
println(c4 in c1..c2)
}
/*
true
false
*/
一元前缀操作符
表达式
翻译为
+a
a.unaryPlus()
-a
a.unaryMinus()
!a
a.not()
data class Point(val x: Int, val y: Int)
operator fun Point.unaryMinus() = Point(-x, -y)
val point = Point(10, 20)
println(-point)
/*
Point(x=-10, y=-20)
*/
递增与递减
表达式
翻译为
a++
a.inc()
a–
a.dec()
编译器自动支持与普通数字类型的前缀、后缀自增运算符相同的语义。例如后缀运算会先返回变量的值，然后才执行 ++ 操作。
索引访问操作符
表达式
翻译为
a[i]
a.get(i)
a[i, j]
a.get(i, j)
a[i_1, ……, i_n]
a.get(i_1, ……, i_n)
a[i] = b
a.set(i, b)
a[i, j] = b
a.set(i, j, b)
a[i_1, ……, i_n] = b
a.set(i_1, ……, i_n, b)
@Suppress("IMPLICIT_CAST_TO_ANY", "UNCHECKED_CAST")
operator fun SharedPreferences.get(key: String, defValue: T) = when (defValue) {
is String -> getString(key, defValue)
is Int -> getInt(key, defValue)
is Long -> getLong(key, defValue)
is Float -> getFloat(key, defValue)
is Boolean -> getBoolean(key, defValue)
else -> throw RuntimeException()
} as T
@SuppressLint("CommitPrefEdits")
operator fun SharedPreferences.set(key: String, value: T) = with(edit()) {
when (value) {
is String -> putString(key, value)
is Int -> putInt(key, value)
is Long -> putLong(key, value)
is Float -> putFloat(key, value)
is Boolean -> putBoolean(key, value)
else -> throw RuntimeException()
}.apply()
}
fun main(args: Array) {
val version = sp["key_version", 47] // 读 sp.
sp["key_version"] = 48 // 写 sp.
}
调用操作符
表达式
翻译为
a()
a.invoke()
a(i)
a.invoke(i)
a(i, j)
a.invoke(i, j)
a(i_1, ……, i_n)
a.invoke(i_1, ……, i_n)
相等与不等操作符
表达式
翻译为
a == b
a?.equals(b) ?: (b === null)
a != b
!(a?.equals(b) ?: (b === null))
这在 Any 中被定义。Java 的 a.equals(b) 相当于 Koltin 的 a == b，Java 的 a == b 相当于 Kotlin 的 a === b(同一性检查)。要自定义 == 操作符其实就是覆写 equals 方法。Kotlin 中 === 不可被重载。
比较操作符
表达式
翻译为
a > b
a.compareTo(b) > 0
a < b
a.compareTo(b) < 0
a >= b
a.compareTo(b) >= 0
a <= b
a.compareTo(b) <= 0
要求 compareTo 返回值类型必须为 Int ，这与 Comparable 接口保持一致。
data class Movie(val name: String, val score: Int, val date: Date, val other: Any = Any()) : Comparable {
override fun compareTo(other: Movie): Int {
return compareValuesBy(this, other, Movie::score, Movie::date, Movie::name) // 如果将 Movie::other 也用作比较会报错, 因为 other 不是 Comparable 类型的。
}
}
fun main(args: Array) {
val df = SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd", Locale.getDefault())
val movie0 = Movie("马戏之王", 8, df.parse("2018-01-31"))
val movie1 = Movie("神秘巨星", 7, df.parse("2018-01-01"))
val movie2 = Movie("移动迷宫", 7, df.parse("2018-01-02"))
println(movie0 < movie1)
println(movie1 < movie2)
}
/*
false
true
*/
其中的 compareValuesBy 方法如下：
/**
* Compares two values using the specified functions [selectors] to calculate the result of the comparison.
* The functions are called sequentially, receive the given values [a] and [b] and return [Comparable]
* objects. As soon as the [Comparable] instances returned by a function for [a] and [b] values do not
* compare as equal, the result of that comparison is returned.
*
* @sample samples.comparisons.Comparisons.compareValuesByWithSelectors
*/
public fun compareValuesBy(a: T, b: T, vararg selectors: (T) -> Comparable?): Int {
require(selectors.size > 0)
return compareValuesByImpl(a, b, selectors)
}
private fun compareValuesByImpl(a: T, b: T, selectors: ArrayComparable?>): Int {
for (fn in selectors) {
val v1 = fn(a)
val v2 = fn(b)
val diff = compareValues(v1, v2)
if (diff != 0) return diff
}
return 0
}
我们定义一个 Movie 类，它实现了 Comparable 接口，在比较时，希望按照 评分 、 上映日期 、 电影名称 的优先级顺序排序。可以简单的使用比较操作符对 Movie 对象进行“大小比较”。
操作符函数与 Java
Java 中调用 Kotlin 中的操作符方法，就跟调用普通方法一样，你不能期望在 Java 中写 new Point(1, 2) + new Point(3, 4) 这样的语法，只能乖乖调用 new Point(1, 2).plus(new Point(3, 4))。
反之，Kotlin 中调用 Java 代码却可以同 Kotlin 中自定义操作符方法一样方便。只要一个类提供了满足操作符方法签名的方法，哪怕它只是一个普通方法，不需要加 operator 修饰符(Java 中也没有这个修饰符)，就可以在 Kotlin 中以操作符的方式调用。例如：arrayList[0] 相当于 Java 中 arrayList.get(0)，尽管这个 get 方法是 Java 中定义的。又比如所有实现了 Comparable 的类实例都可以使用比较操作符 >、< 等进行比较。
Java 中的位运算符在 Kotlin 中是没有的 ，它们只能使用普通方法加中缀表达式使用，只能用于 Int 和 Long，对应关系如下：
Java 中
Kotlin 中
« 有符号左移
shl(bits)
» 有符号右移
shr(bits)
»> 无符号右移
ushr(bits)
& 与
and(bits)
| 或
or(bits)
^ 异或
xor(bits)
! 非
inv()
操作符重载与属性委托、中缀调用
我们在使用委托属性时也用过 operator 修饰符：
class Delegate {
operator fun getValue(thisRef: Any?, property: KProperty): String {
//...
}
operator fun setValue(thisRef: Any?, property: KProperty, value: String) {
//...
}
}
符合这样方法签名的 getValue 、 setValue 也是操作符函数，用于委托属性的 getter 和 setter。
可以看出，操作符重载并不是一定要用如 * 、 + 、 < 这样的符号来表示的，比如之前的 in 操作符，这里的 getter 、 setter。
除了以上这些标准的可被重载的操作符外，我们也可以通过中缀函数的调用来模拟自定义中缀操作符，实现形如 a in list 这样的语法。